Grafeno en polvo para tanques, aviones y... hasta suelas de zapatos

Una empresa riojana está logrando que el grafeno esté presente en todo tipo de productos: desde baterías hasta tanques, pasando por aviones o suelas de calzado. Se trata de Avanzare, líderes mundiales en su especialidad: fabrican grafeno en polvo a nivel industrial, trabajando desde el laboratorio para conseguir que su grafeno sea más atractivo que otros materiales químicos más asentados en el mercado.
“Con el grafeno sucedió como con otros avances científicos con salida industrial, cualquier cosa que vemos nos lanzamos”, explica el director deAvanzare, Julio Gómez. Eso les llevó a ser la primera empresa del planeta que, ya en 2009, antes del Nobel y de la fama, ya tenía un producto de grafeno tangible y útil para el mercado.
“Tiramos de publicaciones científicas, nadamos en esas fuentes para encontrar ideas aprovechables”, insiste Gómez, quien reconoce que su empresa tienen un “departamento de I+D sobredimensionado” y que trabajan con investigadores de todo tipo de organizaciones, proyectos y países




“Ahora mismo tenemos aquí a gente de universidades australianas, estamos dispuestos a sacar partido de todo el conocimiento posible”, cuenta Gómez, concentrado en el potencial de los nanomateriales desde que se doctoró en Química en 1999.
Estos días abren un nuevo laboratorio y más de la mitad de los empleados son investigadores, aunque se trate de una empresa dedicada a la producción industrial de nanomateriales. “Si nos bajamos del pilar de la investigación estamos parados en un par de años”, reconoce Gómez.
Mejor y más barato que otros materiales
Tras lanzarse a investigar con el grafeno a partir de los primeros estudios que hablaban de las sorprendentes características de este material, en Avanzare dieron con un producto que podía competir en el mercado, sustituyendo a otros: “El grafeno no se va a vender porque se llame grafeno, sino por es mejor o más barato que otro material. Las empresas, la industria, se mueve por costes, no por nombres mediáticos”, resume el director de esta compañía fundada en 2004.
Gracias a la gran conductividad o a su capacidad como disipador térmico, el grafeno puede tener muchas utilidades a la escala apropiada y por eso ha interesado a la industria militar y a la aeronáutica, pero también a la textil o a la del calzado. Podemos encontrar grafeno en el material con el que se protege un bombero hasta en la suela de un calzado especial de seguridad que evite descargas eléctricas.
Sin embargo, desde que las propiedades del grafeno aparecen detalladas en artículos científicos hasta que llega a una suela, hace falta mucho tiempo e investigación para sacarle partido.
Cuando el grafeno resulta muy caro de producir
“Escalar” es la palabra clave que utiliza Gómez una y otra vez. El objetivo es mantener las propiedades que se obtienen con cantidades mínimas al aumentar la producción, y que sea barato y viable.

“Muchas empresas terminan dándose golpes contra la pared; se produce un cuello de botella en cuanto tratas de escalar las propiedades del laboratorio a cantidades industriales. Generalmente, se pierde todo el valor del grafeno o resulta demasiado caro de producir”, resume el director de una empresa que en 2013 produjo 40 toneladas de nanomateriales, como retardantes de llama, fungicidas, productos antiolor, nanosensores o materiales impermeables.

“No somos más que una empresa química muy especializada”, dice con los pies en el suelo Gómez, queriendo marcar distancias con aquellos que construyen castillos en el aire con el grafeno, pero cabalgando a lomos de capital riesgo: “Sencillamente, reinvertimos lo que ganamos”. Y no es una apuesta pequeña: desde que comienzan a trabajar con una idea sobre el papel y la llevan al laboratorio, pueden pasar cinco hasta que consiguen un “nanointermedio” (un nanomaterial con aplicación directa) con salida en el mercado a un precio competitivo.

Lentillas de grafeno que permiten ver en la oscuridad.

PRIMER PASO PARA SU CREACIÓN

• El grafeno es un material con un espesor tan pequeño como el de un átomo de carbono
• Sus aplicaciones son ilimitadas, y promete revolucionar multitud de campos en toda la industria
• Nuevas investigaciones apuntan al desarrollo de lentillas de grafeno que permitirían visión térmica e infrarroja
• El grafeno es el, considerado por muchos, material del futuro más cercano.   

El descubrimiento del grafeno y del procedimiento para aislarlo ha supuesto uno de los principales revulsores de la industria tecnológica en las últimas décadas. Centenares de equipos científicos de todo el mundo estudian sus propiedades y trabajan en nuevas aplicaciones para este material, formado por láminas de un solo átomo de carbono de espesor. Una de las líneas de investigación está dedicada a las propiedades fotosensibles del grafeno. Esta sustancia interesa a los científicos porque es capaz de registrar las ondas procedentes de todo el espectro luminoso: desde las ondas de infrarrojos hasta las de ultravioleta pasando por supuesto por todo el espectro visible.

Por ello, no es de extrañar que su incorporación a las cámaras de fotos sea uno de los objetivos a perseguir. Concretamente, investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang proponían esta mejora el verano pasado. Con grafeno, lograron fabricar un sensor 1.000 veces más sensible a la luz que los de las cámaras actuales, además de optimizar el consumo de energía de estos equipos, ya que el nuevo sensor podría operar con voltajes más bajos.

Siguiendo en esta vía, un equipo de la Universidad de Michigan ha dado los primeros pasos para desarrollar unas lentillas de grafeno que incorporen visión de infrarrojos, una de las tecnologías que utilizan los dispositivos de visión nocturna. Los resultados de su investigación han sido publicados en la revista Nature Nanotechnology.

Grafeno para 'cazar' todos los infrarrojos

Insisten en que se trata de la primera fase de un proyecto más largo, pero de momento han logrado crear un detector de ondas de luz provenientes de todo el espectro infrarrojo, hecho de grafeno, muy fino y que funciona a temperatura ambiente.

“Podemos hacer todo el diseño súper fino”, dice Zhaohui Zhong, profesor asistente de ingeniería eléctrica y computacional. “Tanto que puede utilizarse en lentes de contacto o integrarse en un teléfono móvil".

Hay varios conceptos clave en este trabajo. Por un lado, La radiación infrarroja. Los rayos infrarrojos ocupan una parte del espectro luminoso de mayor longitud de onda que la luz visible, y son una de las señales que se utilizan con fines científicos o militares para ver animales o personas en la oscuridad, fugas de calor y determinados elementos químicos en el ambiente. También se utilizan rayos infrarrojos, por ejemplo, en medicina para monitorizar la corriente sanguínea o en procesos de restauración de un cuadro para ver lo que hay bajo las capas de pintura.

Sin embargo, al contrario de lo que ocurre con el espectro visible de la luz, que es captado al completo por cámaras con un solo chip, para captar el espectro infrarrojo hace falta una combinación de sensores que capturen los rayos infrarrojos cercanos, medios y lejanos a la vez. Para entender mejor el desafío que esta investigación ha supuesto, conviene señalar que los sensores de infrarrojos medios y los de infrarrojos lejanos hay que mantenerlos normalmente a temperaturas muy bajas para que funcionen, lo que añade aparatosidad a estos dispositivos.

Si no hay señal eléctrica, no hay sensor

Como decíamos al principio, el grafeno es una solución a este problema: detecta de una vez todo el espectro infrarrojo (así como la luz visible y la luz ultravioleta). Pero esta ventaja hasta ahora no se ha podido aprovechar, ya que este material no es capaz de capturar luz suficiente como para generar una señal eléctrica detectable (que es precisamente lo que hace un sensor de infrarrojos).

“El desafío para la generación actual de sensores basados en el grafeno es que su sensibilidad es muy pobre. Es entre cientos y miles de veces más baja de lo que requeriría un dispositivo pensado para comercializarse”, explica Zhong.

De forma que él y su equipo se plantearon cómo conseguir que el grafeno emita una señal eléctrica más potente sin perder su versatilidad como sensor y sus características físicas. Y dieron con una idea: en vez de medir los electrones liberados cuando la luz infrarroja incide sobre el grafeno, amplificaron la señal midiendo como esa luz afectaba a una corriente situada junto al grafeno.

Cómo potenciar la señal eléctrica

Para construir este sistema, colocaron una capa aislante entre dos capas de grafeno. En la capa inferior crearon una leve corriente. Cuando la luz daba sobre la capa superior, ésta liberaba electrones, creando túneles o agujeroscon carga positiva que producen un campo eléctrico, y éste a su vez afecta a la corriente eléctrica de la capa inferior. Midiendo los cambios en esta corriente, los investigadores pueden deducir la potencia de la luz que incide sobre el grafeno, y así dibujar una imagen utilizando esos rayos infrarrojos.

El dispositivo (todavía un prototipo) creado por el equipo del profesor Zhong es del tamaño de una uña, y éste asegura que es fácilmente escalable para hacerlo más pequeño, de forma que se pueda aplicar a todo tipo de equipos fotosensibles, como cámaras de fotos o incluso el ojo humano. “Si lo integramos en unas lentillas o en otros dispositivos llevables, puede expandir tu visión. Proporciona otra forma de interaccionar con tu entorno”.

Aunque la idea de integrar un dispositivo electrónico en una lentilla suena como algo sacado de una película de ciencia ficción, lo cierto es que ésta no es la primeva vez que un concepto de este tipo se plantea como una realidad cercana. Hace a penas dos meses Google daba a conocer el proyecto para desarrollar unas lentillas con un sensor de glucosa incorporado, pensadas para controlar la diabetes.

Reconstruyen el rostro a un joven mediante impresión 3D.

  

     Un grupo de cirujanos del hospital Morriston de Swansea (Gales) ha hecho una operación histórica al recomponer la cara desfigurada de un paciente a partir de partes construidas con técnicas de impresión 3D. El paciente de 29 años, llamado Stephen Power, había sobrevivido a un grave accidente de moto en 2012 que le había causado traumatismos múltiples y que le obligó a pasar cuatro meses internado en un hospital de Cardiff.

    La operación duró ocho horas y ha sido una de las primeras del mundo en utilizar técnicas de impresión en 3D en todas las etapas médicas del procedimiento, según ha informado The Telegraph. Los médicos tuvieron que romper los pómulos del paciente, que ya se encontraban de por sí descompuestos por el accidente, para poder reconstruir el rostro.

    Para ello los cirujanos usaron imágenes en 3D que escanearon de la cara de Power para diseñar las guías por donde cortar y colocar los huesos, así como láminas para sujetar estos. Todos los modelos, junto con las guías e implantes de titanio, fueron producidos con una impresora 3D.

   "Cortar los huesos rotos en varios fragmentos y recolocarlos en la posición correcta fue un  ejercicio tridimensional complejo", dijo uno de los médicos, Adrian Sugar. "Había que planear el proceso en tres dimensiones y por eso decidimos utilizar la impresión en 3D, que finalmente tuvo éxito", añadió.

    El paciente tiene ahora las heridas de la cara "bastante bien" a excepción de su mejilla izquierda y la cuenca del ojo. "Las fracturas están solventadas pero en la zona del ojo izquierdo no quisimos ir más lejos porque su oftalmólogo temía que dañase su vista", explicó Sugar.

  

Bicicleta fabricada mediante impresión 3D: más ligera y resistente

Dos compañías británicas utilizan la impresión 3D para fabricar el primer cuadro metálico de una bicicleta. El uso de aluminio ayuda a que este cuadro sea mucho más ligero y presente una duración superior.

La compañía británica Renishaw ha colaborado con Empire Cycles para fabricar el primer cuadro de una bicicleta realizado mediante impresión 3D. El uso de titanio como metal principal ha posibilitado que la bicicleta creada sea ligera y robusta de manera simultánea.

El cuadro metálico de esta bicleta, fabricado con impresoras 3D de Renishaw, ha sido diseñado mediante una técnica llamada "optimización topológica". El éxito de este proceso en la impresión 3D de la bicicleta ayudaría a que fuera usado más frecuentemente en otro tipo de fabricaciones industriales.

El software que se emplea en la optimización topológica permite que, mediante pasos iterativos, se deposite el material creado mediante impresión 3D en posiciones "lógicas", de forma que la fabricación sea lo más eficaz posible. Esto permite aumentar la rapidez de la impresión 3D del cuadro de titanio, adaptando siempre la forma óptima diseñada previamente.

La impresión 3D del cuadro logró fabricar una pieza de solo 200 gramos. Este peso es un 44% inferior al que hubiera sido si en lugar de titanio, se hubiera usado aluminio. El diseño mediante optimización topológica y la posterior impresión 3D permitieron conseguir una bicicleta con unas características superiores a las que podemos comprar habitualmente.

La bicicleta obtenida finalmente se basó en el modelo MX-6 de Empire Cycles. El uso de titanio, en lugar de fibra de carbono, fue elegido debido a que es un material que permite una "mayor duración" de la propia pieza, según Chris Williams, director general de la compañía británica.

Una vez que se ha logrado este éxito de la impresión 3D, los ingenieros pretenden evaluar la seguridad de la bicicleta, con pruebas en laboratorio y en circuitos externos, con la ayuda de sensores portátiles y el trabajo de la Swansea University: