¡Grafeno, el todo en uno de carbono!

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El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con los átomos dispuestos en patrón regular hexagonal, similar al del grafito, pero en una hoja de un átomo de espesor. Es muy ligero, pues una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan solo 0,77 miligramos. Se considera 100 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 aluminio.

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Representación de la estructura del grafeno.

Este material tiene muchas propiedades, lo que hace que se pueda usar para infinitud de cosas distintas, desde la desalinización del agua, hasta el uso en baterías de dispositivos electrónicos. Algunas de estas propiedades son:

  • Es extremadamente duro, en el caso de que existiese una lámina de acero del mismo espesor, este sería 100 veces más resistente.
  • Es muy flexible y elástico.
  • Es transparente.
  • Tiene la capacidad de auto-enfriamiento.
  • Conductividad térmica y eléctrica altas, mejor conductividad eléctrica que el silicio.
  • Hace reacción química con otras sustancias para producir compuestos de diferentes propiedades. Esto lo dota de gran potencial de desarrollo.
  • Sirve de soporte de radiación ionizante.
  • Tiene gran ligereza, tanto como la fibra de carbono, pero es más flexible.
  • Menor efecto Joule: se calienta menos al conducir los electrones.
  • Genera electricidad al ser alcanzado por la luz.
  • Razón superficie/volumen muy alta que le otorga un buen futuro en el mercado de los supercondensadores.
  • Se puede dopar introduciendo impurezas para cambiar su comportamiento primigenio de manera que, por ejemplo, no repela el agua o que incluso cobre mayor conductividad.
  • Se autorrepara, cuando una lámina de grafeno sufre daño y se quiebra su estructura, se genera un ‘agujero’ que ‘atrae’ átomos de carbono vecinos para así tapar los huecos.
  • En su forma óxida absorbe residuos radiactivos.

Algunas de sus aplicaciones son las siguientes:

Electrónica: Podría emplearse en la fabricación de microchips o de transistores, ambos elementos imprescindibles en prácticamente todos los dispositivos electrónicos. Existen diversas empresas que ya están desarrollando tintas conductoras, que es un tipo de tinta que conduce la electricidad y que se emplea para imprimir circuitos, a partir de grafeno. Además, por sus especiales características los componentes electrónicos de este material permitirán el desarrollo de dispositivos flexibles que podrán enrollarse o plegarse según las necesidades. También teniendo en cuenta su conductividad y capacidad de auto-enfriamiento será posible prescindir de los ventiladores de enfriamiento. Al no calentarse como los actuales reducirán el consumo y mejorarán su eficiencia respecto de los actuales de silicio. Además, se estima que un disco duro de este compuesto, del mismo tamaño que uno de los empleados actualmente, podría almacenar hasta mil veces más información.

Telefonía móvil: Con el grafeno se crearía una nueva generación de dispositivos totalmente distintos adaptados a la fisionomía del ser humano, con pantallas flexibles, plegables y táctiles. Diversos estudios recientes han comprobado que con nanocircuitos de grafeno se podrían mejorar de manera significativa la velocidad y calidad de las comunicaciones inalámbricas actuales.

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Pantalla flexible y transparente de grafeno.

Sector energético: Por sus propiedades energéticas, el grafeno podrá permitir la creación de baterías de larga duración que apenas tarden unos segundos en cargarse. Además, las energías renovables pasarán a un plano más relevante, ya que, entre otros, las placas solares recubiertas de este material serán mucho más eficientes y permitirán una forma más ecológica de consumo energético. Pues este produce electricidad al incidir la luz sobre el, pero también la deja pasar porque es casi transparente.

Industria de seguridad: La extrema dureza del grafeno, unida a su capacidad de moldearse y a su ligereza, lo hace un compuesto ideal para ser empleado en el blindaje. Chalecos antibalas, cascos y multitud de elementos de protección que se emplean por diversos profesionales pasarán a ser mucho más ligeros y seguros. Además su capacidad de autorreparación aportará novedosos beneficios en los objetos blindados.

Industria automovilística: Su aplicación en el chasis de los vehículos los haría mucho más resistentes, por lo que el número de muertes en accidente de circulación anuales se podría reducir drásticamente, además de aportar casi la misma ligereza que la fibra de carbono. Por otra parte, los coches híbridos se convertirán en una alternativa real en vez de ser relegados a una representación minoritaria. Baterías de larga duración, con tiempos de carga mínimos facilitarán que los conductores más reacios a estos vehículos los vean con otros ojos. El Pentágono ha invertido una gran cantidad de dinero para fomentar el desarrollo de un aditivo basado en el grafeno que mejore el rendimiento de los aviones militares en cuanto a consumo y eficiencia, esto podría aplicarse en un futuro a los automóviles.

Industria alimentaria: Posibilitará la creación de envases para alimentos más seguros o recubrimientos para los muebles del hogar que impidan el desarrollo de bacterias en su superficie.

Tratamiento de aguas: Está en fase de investigación el uso de una lámina de grafeno con poros de 1,8 nm para sustituir las membranas en el proceso de ósmosis inversa para la desalinización del agua. Según las investigaciones actuales se obtendrían eficiencias mucho mayores que con las membranas actuales, y se tendrían requerimientos menores de energía.

Desarrollo de la ciencia: La alta reactividad del grafeno con otros elementos químicos distintos del carbono es una de las características que más atrae la atención en el campo de la investigación. Ya se han descubierto algunos derivados del grafeno, como es el caso del grafano, que mediante la adición de hidrógeno en su estructura molecular da como resultado un nuevo material aislante.

Una aplicación muy interesante del grafeno es en la medicina, una forma modificada de este material puede actuar como agente anticancerígeno que se dirige directamente a las células cancerosas. Gracias a esto el grafeno podría ser usado para disminuir tumores y prevenir la propagación de un cáncer, aunque a esta rama de aplicación en la medicina le queda mucho estudio aún.

Otra de las investigaciones más interesantes que se han hecho es la de un equipo de la Universidad de Michigan, que ha dado los primeros pasos en el desarrollo de unas lentillas de grafeno que incorporen visión de infrarrojos para poder ver en la oscuridad.

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Lentillas de visión nocturna hechas con grafeno.

Aparte de todo esto existen multitud de aplicaciones más como por ejemplo en auriculares y altavoces, en cables de alta velocidad, en cámaras más sensibles, etcétera. En mi opinión es un material tan revolucionario como lo fue el plástico en su época, o incluso más.

En resumen, es un material al que todavía le queda mucha investigación por delante, no solo en aplicaciones sino en abaratar su producción. Su gran numero de capacidades físicas y químicas hace que ya sea posible aplicarlo a multitud de campos distintos, situándolo así como uno de los materiales más prometedores de los próximos años.

Sobre el autor del artículo

Rafa V.

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