Un lápiz, un diamante y el grafeno

 

Un lápiz, un diamante y el grafeno

por Eduardo Rodas

Médico – Periodista científico

23 de setiembre 2024

 

Un lápiz, un diamante y el grafeno tienen en común que están hecho con carbono.

El carbono es muy común en la naturaleza y el 18 % del cuerpo humano está hecho con carbono.

Cuando el carbono se organiza en una única capa de átomos tenemos el material llamado grafeno y cuando se organiza en capas de dos dimensiones débilmente unidas tenemos el grafito con el que se fabrican las minas de los lápices.

Cuando el carbono se empaqueta densamente en una estructura de tres dimensiones tenemos un diamante.

Y el carbono no deja de darnos sorpresas.

Cuando esta monocapa de átomos de carbono se disponen en una estructura hexagonal similar a un panal de abejas, tiene propiedades extraordinarias que está comenzando a revolucionar diversas industrias por las propiedades que distinguen a este material llamado grafeno.

Y esta disposición única le otorga propiedades extraordinarias que lo convierten en algo único e innovador.

El grafeno es muy liviano y muy resistente. Es 200 veces más resistente que el acero y es 5 veces más liviano que el aluminio.

Es flexible, se puede doblar y enrollar como si fuera papel; y es transparente permitiendo el paso de la luz casi en su totalidad.

Tiene una alta conductibilidad eléctrica por lo cual es un excelente conductor de la electricidad y lo hace muy útil para las aplicaciones en electrónica y en materiales conductores.

Al ser muy liviano y resistente se puede utilizar para la fabricación de aviones, automóviles y muchos otros tipos de vehículos.

Por su transparencia y sensibilidad a la conducción eléctrica puede ser utilizado en el desarrollo de pantallas táctiles y teléfonos móviles que se pueden colocar alrededor de la muñeca del usuario como si fuera una pulsera.

Es biocompatible. No es tóxico ni produce reacciones alérgicas en tejidos vivos. Y además se autoregenera.

La biocompatibilidad le permite ser utilizado en implantes biomédicos, crear sensores para detectar enfermedades y sistemas para administrar medicamentos.

Su capacidad para autoregenerarse al atraer átomos de carbono vecinos, abre un inmenso campo en la medicina. Nuria Campos Alfaraz, investigadora del ITMA Materials Technology con sede en Avilés, España, nos señala que se ha demostrado que el grafeno por su alto contenido en carbono es un material que estimula el crecimiento de las células, lo que lo convierte en un sustrato con un potencial muy interesante para la medicina regenerativa. Para esto, los científicos asturianos han creado espumas de grafeno capaces de promover el crecimiento celular.

Para la desalinización del agua se pueden utilizar láminas de grafeno con poros muy pequeños.  Pueden pasar las moléculas de agua pero no las de sal. Y se podrían sustituir las membranas actuales en el proceso de ósmosis inversa para la creación de agua potable.

Investigadores de la Universidad de Cambridge lograron que el grafeno fuera capaz de captar una gran cantidad de luz, por lo que se puede utilizar en la creación de cables de fibra óptica muy veloces: los electrones se desplazan muy rápidamente en él. Puede implementarse en el área de las telecomunicaciones para la instalación de redes más veloces aumentando la capacidad y la rapidez de internet, la telefonía móvil y de todas las comunicaciones que se realizan en nuestro planeta.

Por sus propiedades se podrían crear superbaterías eléctricas y el litio podría ser reemplazado dentro pocos años por el grafeno para la construcción de baterías eléctricas. Estas baterías de grafeno tendrían más duración y las cargas eléctricas serían más espaciadas en los teléfonos móviles, las computadoras portátiles, las tabletas y hasta en los automóviles eléctricos.

Si bien el grafeno se conoce desde 1930 fueron dos científicos los que lograron en el año 2004 estabilizar el material del grafeno y producirlo a temperatura ambiente. Ellos son Andre Geim quien es un científico ruso nacionalizado en los Países Bajos y Konstantin Novoselov, también científico ruso, y nacionalizado británico. Ambos son Físicos y estudiaron su carrera en Rusia. Ahora son profesores de la Universidad de Manchester en Gran Bretaña.

Por este descubrimiento lograron el Premio Nobel de Física en el 2010 y es la primera vez que transcurre un tiempo tan corto entre el hallazgo científico y el otorgamiento del Premio Nobel.

Bienvenidos al mundo del grafeno !!!!

Qué es el grafeno?

Qué es el Grafeno?

Eduardo Rodas

28 de febrero, 2020
Palabras: 905
Tiempo de lectura: 4 minutos 

Andre Geim es un científico ruso nacionalizado holandés y Konstantin Novoselov, también científico ruso es ciudadano británico. Ambos son físicos y estudiaron su carrera en Rusia. Ahora son profesores de la Universidad de Manchester en Gran Bretaña.

Si bien el grafeno se conoce desde 1930 los dos científicos lograron en 2004 estabilizar el material del grafeno y producirlo a temperatura ambiente y por este descubrimiento lograron el Premio Nobel de Física en el 2010. Es la primera vez que transcurre un tiempo tan corto entre el hallazgo científico y el otorgamiento del premio. 

Geim y Noselov extrajeron el grafeno de un trozo de grafito como el que se encuentra en la punta de cualquier lápiz utilizando una cinta adhesiva, a la cual doblaban sobre sí misma muchas veces, esto les permitió extraer del grafito una lámina de un solo átomo de carbono: esto es el grafeno.

Esta monocapa de átomos de carbono tiene propiedades extraordinarias que está comenzando a revolucionar diversas industrias por las propiedades que distinguen a este material.

Su grosor es la de un átomo colocados en una red atómica perfecta con forma de panel de abejas teniendo en cada uno de sus ángulos un átomo de carbono. Esta disposición espacial lo hace ser un material mas liviano que el aluminio, doscientas veces mas duro que el acero, mejor conductor de la electricidad que el cobre, mejor conductor del calor, es casi transparente y es tan denso que ni siquiera un átomo de helio (el átomo mas pequeño de un gas) puede atravesar sus agujeros.  

Algunas de sus aplicaciones

Es uno de los materiales mas duros y fuertes existentes y es altamente rígido por lo cual soporta grandes fuerzas sin apenas deformarse. También soporta grandes fuerzas de flexión, es decir se puede doblar sin que se rompa. Los premio Nobel hicieron una comparación con una hamaca de grafeno de un metro cuadrado de superficie y un solo átomo de espesor. Esta hamaca de grafeno podría soportar hasta 4 kg antes de romperse. Esto equivaldría al peso de un gato. Y en total esta hamaca pesaría lo mismo que uno de los pelos del bigote del gato, menos de un miligramo.

Investigadores de la Universidad de Cambridge lograron que el grafeno fuera capaz de captar una gran cantidad de luz, por lo que se puede utilizar en la creación de cables de fibra óptica muy veloces: los electrones se desplazan muy rápidamente en él. Puede implementarse en el área de las telecomunicaciones para la instalación de redes mas veloces aumentando la capacidad y la rapidez de internet, la telefonía móvil y de todas las comunicaciones que se realizan en nuestro planeta.

Se podrían crear superbaterías eléctricas por sus propiedades en este tema: el litio podría ser reemplazado por grafeno. Las baterías durarían mas y las cargas eléctricas serían mas espaciadas en los teléfonos móviles, las computadoras portátiles, las tabletas y hasta en los automóviles eléctricos.

Investigadores de la Universidad de Texas y de la Universidad de Corea del Sur descubrieron que una lámina de grafeno puede utilizarse en el desarrollo de pantallas táctiles. Es totalmente transparente y sensible a la conducción eléctrica. Ya tenemos teléfonos móviles que se colocan alrededor de la muñeca del usuario como si fuera una pulsera electrónica.

Qin Zhou y Alex Zetti de la Universidad de California quieren revolucionar el mercado del audio gracias a sus auriculares y altavoces de grafeno. Se podrían crear parlantes y auriculares de alta calidad que al mismo tiempo son muy pequeños y livianos.

Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur lograron crear un sensor de grafeno que aumenta la sensibilidad del sensor que capta la luz de una cámara fotográfica aumentando la sensibilidad del dispositivo unas mil veces en relación a las tecnologías actuales CMOS o CCD. Además estos nuevos sensores de grafeno consumen diez veces menos energía y son cinco veces mas económicos de producir que los sensores convencionales.

Para la desalinización del agua se pueden utilizar láminas de grafeno con poros de 1,8 nm.  Las moléculas de agua pueden pasar pero no las de sal. Y se podrían sustituir las membranas actuales en el proceso de ósmosis inversa para la creación de agua potable.

Tiene otra propiedad excelente: se autorepara. 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. Esto abre un inmenso campo para su utilización en medicina. Nuria Campos Alfaraz, investigadora del ITMA Materials Technology con sede en Avilés, España, nos señala que se ha demostrado que el grafeno por su alto contenido en carbono es un material que estimula el crecimiento de las células, lo que lo convierte en un sustrato con un potencial muy interesante para la medicina regenerativa. Para esto los científicos asturianos han creado espumas de grafeno capaces de promover el crecimiento celular.

Concluyo diciendo que el carbono del que está hecho el grafeno es un elemento fascinante, es muy común en la naturaleza, el 18 % del cuerpo humano está hecho con carbono, cuando se organiza en una monocapa de átomos tenemos el grafeno, cuando se organiza en capas bidimensionales débilmente unidas tenemos el grafito con el que se fabrican las minas de los lápices y cuando se empaqueta densamente en una estructura tridimensional tenemos un diamante. Este noble material no dejará de darnos sorpresas.