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Una revolución tecnológica sin precedentes, ¿el GRAFENO como el material del futuro?.
Por Pablo Cerero Sánchez
11 Nov 2020
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Si estáis leyendo este artículo, será probablemente por mera curiosidad, o con el objetivo de rebatir dicha afirmación de por qué el grafeno es el material del futuro. Pues bien, seguid leyendo y sacad vuestras propias conclusiones.
A continuación, os daremos un conjunto de apuntes que os harán entender lo increíble que puede ser este material. Entrando en contexto, el grafeno se trata de una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal similar al grafito, pero comprimido en una hoja de un átomo de espesor. Esto significa que estamos delante de un material súper ligero, tan ligero que una lámina de 1 metro pesa tan solo 0,77 miligramos. Debido a estas medidas, se le puede considerar un material de dos dimensiones (2D).
Figura 1. Diferencia de estructura atómica entre el grafito y el grafeno
El grafeno es un material que puede revolucionar los componentes y productos electrónicos, debido a una serie de propiedades y capacidades asombrosas. Se trata de un componente capaz de sustituir a los elementos tecnológicos actuales, aumentando sus capacidades hasta límites increíbles. Es por ello que, el grafeno se convertirá en un producto con múltiples aplicaciones, generando incontables beneficios para la sociedad[1].
Figura 2. Lámina de grafeno
En realidad, la estructura del grafito puede considerarse una pila de gran cantidad de láminas de grafeno superpuestas, con enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas a consecuencia de las fuerzas de Van der Waals e interacciones de los orbitales π de los átomos de carbono. Y son estas fuerzas e interacciones las que lo diferencian tanto. El grafito está en la mina de nuestros lápices y el grafeno tiene capacidades sorprendentes con múltiples posibles aplicaciones que, a día de hoy, son todavía desconocidas.
Entre las propiedades que hacen de este material único se incluyen[2]:
– Es muy flexible.
– Es transparente.
– Autoenfriamiento.
– Conductividad térmica y eléctrica altas.
– Elasticidad y dureza elevadas. Alta dureza: 200 veces mayor al acero, casi igual al diamante.
– Reacción química con otras sustancias para producir compuestos de diferentes propiedades.
– Soporte de radiación ionizante.
– Gran ligereza, como la fibra de carbono, pero más flexible.
– Menor efecto Joule: se calienta menos al conducir los electrones.
– Para una misma tarea que el silicio, menor consumo de electricidad.
– Generación de electricidad al ser alcanzado por la luz.
– Razón superficie/volumen muy alto, lo que le otorga un buen futuro en el mercado de los supercondesadores.
El grafeno es un semiconductor que puede operar a escala nanométrica y a temperatura ambiente, con propiedad que ningún otro semiconductor ofrece y todo apunta a que se podrán crear nuevos dispositivos electrónicos miniaturizados insospechados. Todavía es pronto para conocer la realidad de las aplicaciones que tendrá, sin embargo, ya ha alcanzado una gran importancia en la física.
Es por ello, que se crean grandes expectativas para este material y sus aplicaciones futuras. Consecuencia de ello, los expertos están barajando posibles usos que podría tener para lograr un salto tecnológico sin precedentes para el mundo de los materiales y sus utilidades.
· Móviles: este material hará cambiar radicalmente el aspecto de los terminales móviles. Gracias a sus propiedades de transparencia y flexibilidad se van a crear móviles de otra generación, sin color definido, sin forma definida, totalmente adaptable y flexible. Como un camaleón, se confundirán la piel y la tecnología. Parece que las nuevas tendencias apuntan hacía una tecnología adaptada perfectamente a la fisonomía del ser humano.
Figura 3. Móvil de grafeno.
· Blindaje: se puede decir, sin duda, que le grafeno es el material más duro del mundo. Si se coloca un coche encima de una lámina de grafeno, no sería capaz de atravesarla. Su apariencia puede parecer frágil y delicada ya que a simple vista el grafeno es como una tela transparente y flexible. Sin embargo, se trata de un material extremadamente resistente, siendo hoy en día el material más resistente y fuerte del mundo. Todas estas características lo hacen ideal para la construcción de elementos de protección del cuerpo humano frente a ataques externos. De la misma manera que el Kevlar revolucionó la industria de los chalecos antibalas, el grafeno podría abrir la puerta a las armaduras personales.
· Informática: con este material se han conseguido fabricar transistores 10 veces más rápidos que los de silicio y se estima que se podrían crear discos duros del mismo tamaño a los de hoy en día, pero capaces de almacenar 1.000 veces más información.
· Energía: el grafeno podría emplearse para baterías destinadas a ámbitos de uso energético. Se estima que revolucionará el concepto de energía renovable y la elevará a una amplia variedad de aplicaciones para el papel de óxido de grafeno, incluyendo su uso en membranas con permeabilidad controlada y para las baterías o ultracondensadores destinados a usos en el ámbito energético. Estos dispositivos de almacenamiento de energía podrían ayudar a almacenar brotes repentinos de energía, por tanto, supondría una ayuda para aprovechar el irregular suministro por parte de las fuentes “verdes”. Esto revolucionará el concepto de energía renovable y la elevará a unas cotas de eficiencia nunca vistas. Recientemente, ha sido publicado un artículo[3] de cómo un circuito de grafeno puede generar energía limpia e ilimitada. La promesa de una nueva era basada en el carbono (y no en el silicio) se acerca a marchas forzadas. En un plazo medio, nos podemos ver inundados de dispositivos, mecanismos y tecnologías basadas en el grafeno, con unos rendimientos varios órdenes de magnitud por encima de lo que estamos acostumbrados ahora.
· Electrónica: se están fabricando tintas conductoras basadas en grafeno y contactos eléctricos para el desarrollo de pantallas flexibles. Otras de las características del grafeno que más ha llamado la atención es que, pese a su extrema dureza y densidad, sea un material de una flexibilidad extraordinaria. Esto se debe a que es un cristal de una finura del grosor de un átomo con un peso apenas perceptible. Si a su ductilidad y ligereza se une su elevada conductividad electrónica, el grafeno se convierte en un gran candidato para las pantallas de los dispositivos del futuro.
· Aviónica: el Pentágono está desarrollando nuevos aditivos de combustible con diminutas hojas de grafeno, que podrían lograr que los aviones vuelen aún más rápido y que sus motores lleguen a contar con mejores condiciones de eficiencia y protección de la sostenibilidad ambiental. Con este nuevo elemento serían capaces de optimizar el combustible empleado en los aviones supersónicos, permitiendo que los mismo alcancen mayores velocidades y economicen recursos. Un avance que constituiría un punto de inflexión en el uso de los motores de combustión en la aviación.
· Médica: se están diseñando todo tipo de sensores que abaratarían mucho el proceso de fabricación y servirán para la detección de patógenos como el Covid-19[4]. Además, el grafeno servirá para mejorar la efectividad de las mascarillas[5] y otros textiles profilácticos contra partículas víricas.
Figura 4. Mascarilla hecha con grafeno
· Textil: diseño de ropa inteligente y adaptable que puede reducir la temperatura corporal del usuario en climas cálidos.
Con todas y cada una de las prestaciones que presenta este maravilloso material, no es de extrañar que se considere la joya de la corona tecnológica y permita con el paso del tiempo innovar y descubrir nuevas funcionalidades, tanto en el área cientificotecnologica como en el ámbito cotidiano.
Ante el descubrimiento de las grandes aplicaciones de este material, ¿no crees que estás ante la solución a grandes necesidades del presente y del futuro?
