ORÍGENES Y DATOS INTERESANTES SOBRE EL GRAFENO
El
grafeno o como algunos lo llaman el grafito 2D se ha hecho popular entre la
comunidad científica como el material del futuro en solo dos años desde que sus
descubridores ganasen el premio nobel de física en 2010.
Aunque llevamos ya varios meses escuchando en los medios a la comunidad científica hablar del grafeno y ya hemos leído todos algunos artículos mas o menos novedosos, vamos a hacer un repaso por la historia pasada de este materia y sus perspectivas a futuro.
Este
material está compuesto solo por carbono puro, pero su verdadera peculiaridad
es que su espesor es solo de un átomo de este mismo elemento.
Debido
a esta característica de su fabricación una hoja de grafeno de un metro
cuadrado solo pesa 0.77 miligramos.
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Fig. 1 Recreación de la estructura del grafeno.
Vídeo 1: Interesante relato sobre la historia y aplicaciones del grafeno
Origen:
Fue descubierto por los físicos Andre Gei (1958), y Konstantin Novoselov (1974) en 2004.
Fig. 2: Descubridores del Grapeno.
Son
físicos de origen Ruso y con residencia en Manchester. Están integrados en un
grupo de investigación con publicaciones en levitación magnética y superconductividad.
Propiedades:
Sus fantásticas propiedades son:
- Muy flexible.
- Transparente.
- Muy alta conductividad térmica y eléctrica.
- Elástico.
- 200 veces más duro que el acero.
- Muy ligero.
- Puede generar energía eléctrica al ser activado por la
luz.
- Puede doparse para producir semiconductores.
- Se autorepara ya que al producirse un agujero en su
estructura esta atrae átomos de carbono hacia los b bordes del agujero.
Fig. 3: Concentración de laminas de grafeno formando un bloque soportado por una flor para ilustrar su ligereza.
Fig. 4: Ilustración de un equipo electrónico personal fabricado con pantalla táctil de grafeno.
Descripción química:
Químicamente
estamos ante un hidrocarburo aromático compuesto por un anillo aromático de 6 átomos
de carbono dispuesto de forma hexagonal similar al grafito unidos por enlaces
covalentes . de esta forma se pueden formar infinitos enlaces formando una
malla de forma de nido de abeja muy estable tanto mecánica como químicamente.
Fig. 5: Esquema químico molecular del Grafeno
EL caso particular del Grafeno es que a diferencia del grafito solo tendremos una sola lamina de átomos de carbono.
Aplicaciones:
Las
principales aplicaciones del grafeno son en mundo de la nanotecnología y de la electrónica.
En
esta ultima especialidad resulta interesante para la construcción de dispositivos
semiconductores de nueva generación capaces de trabajar a frecuencias más altas
como son los transistores de efecto de campo (FET).
Fig. 6: Virtualizacion de un transistor FET fabricado con laminas de grafeno
En
la línea de las aplicaciones electrónicas del grafeno encontramos su uso para
construir los llamados ultra capacitores que son condensadores de gran capacidad
en espacios limitados. Debido al reducido espesor de las laminas de grafeno y a
su gran conductividad son idóneos para la fabricación de condensadores de gran
capacidad pudiendo llegar a varios faradios.
En recientes
investigaciones se ha descubierto que el grafeno es capaz de captar gran
cantidad de luz por lo que se abre una puerta a una nueva generación de cables
de fibra óptica que podrían aumentar en varias veces el ancho de banda y por
tanto la capacidad de transporte de información.
Video 2: Aplicaciones del grafeno a la vida diaria
También
se podría fabricar pintura de propiedades fotovoltaicas de tal manera que
podríamos pintar una fachada y que está a su vez absorbiese energía del sol y
la transformase en energía eléctrica para ser usada dentro del hogar.
Pero
estas aplicaciones son solo el principio, los investigaciones apuntan nuevas
utilidades para el grafeno en otros campos como el textil, o como aditivo a
otros materiales para hacerlos más resistentes o mas adherentes...
Fig. 7: Aplicación textil del grafeno a la confección de un chaleco antibalas.
Técnicas de producción de grafeno:
Existen
varias técnicas de producción del Grafeno. Si bien las líneas de investigación
trabajan en desarrollar procesos cada vez más baratos de fabricación y con más
capacidad de abastecer la demanda.
El problema
esencial que limita la explotación del grafeno es que la producción de grandes
cantidades es limitada. Las diferentes técnicas de fabricación por orden
ascendente de escalabilidad actuales son:
- Scotch Tape
- CVD (Chemical Vapor Deposition)
- Liquid Phase Exfoliation
- Plasma
- Oxidisation-Reduction
- Thin Graphite
Uno
de los últimos métodos para la obtención de grafeno consiste en la combustión
de metal de magnesio en dióxido de carbono.
Referencias:
FRANCISCO CARRO DE LORENZO
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