Tecnología FISI: Grafeno

Definición:

El carbono es un elemento químico muy importante en la naturaleza, este elemento presenta alotropía (propiedad que poseen ciertos elementos químicos de poseer diferentes estructuras químicas).

Una forma alotrópica muy en particular es el grafeno y se consigue mediante la aplicación de procesos al grafito, está conformado por pequeños átomos de carbono que se agrupan de forma muy densa formando un patrón hexagonal, esta agrupación se da en láminas bidimensionales muy finas y delgadas.

El grafeno es muy útil debido a que puede conducir electricidad y calor, también permite generar electricidad a través de energía solar. También es muy útil porque se puede almacenar energía, esta característica es muy eficiente porque dota a las baterías de mayor duración y un menor tiempo de carga; con todas estas características podemos decir con seguridad que supera al cobre como un buen conductor de electricidad.

El grafeno posee las siguientes características más importantes:

*Es 200 veces más duro que el acero y cinco veces más ligero.

*Posee flexibilidad.

*Posee gran resistencia.

*Produce electricidad con el paso de un haz de luz.

*Alta conductividad térmica y eléctrica.

*Prácticamente es transparente.

*La radiación ionizante no le afecta.

Propiedades:

*El grafeno es hasta ahora el material bidimensional más delgado que conocemos debido a que su grosor es el de un átomo de carbono.

*Es totalmente impermeable, excepto por el agua.

*Es altamente elástico, esta característica hace los teléfonos móviles hechos con grafeno puedan enrollarse de formas diversas y que el desgaste por el uso sea reducido drásticamente.

*Posee dureza impresionante, es muy difícil rayar una lámina de grafeno; esta característica es la que más sorprende a los científicos debido a que siendo delgado es muy duro.

*El grafeno es un muy buen conductor de electricidad y calor; debido a esto es que muchas empresas desean fabricar aparatos táctiles con el material.

*Es ecológico, debido a que es materia orgánica pero una lámina con este material puede ser oxidada. Las pilas y baterías hechas con silicio quedarán a la sombra del grafeno.

*Punto de fusión mayor a los 3000ºC.

*Habilidad de regeneración, debido a las fuerzas de atracción.

*Posee transparencia casi completa.

Obtención:

Hay diferente procesos para obtener el grafeno partiendo del grafito. Estos procesos son:

*Exfoliación Mecánica.- Para este proceso se necesita una limpia superficie de grafito, a esta superficie se le raspará suavemente y con esto se obtendrá láminas estrechas de grafito, luego se pegan y se separan con una cinta adhesiva; se obtienen dos resultados que son láminas tridimensionales de grafito y láminas bidimensionales de grafeno (difíciles de ver).

*Obtención Epitaxial.- Para este método solo hay que calentar carburo de silicio (SiC) a más de 1100ºC y reducirlo hasta grafeno, este proceso se desarrolla en un sustrato semiconductor.

*Mediante nanotubos de carbono.- A los nanotubos de carbono se le aplica permanganato de potasio y ácido sulfúrico, estos se consiguen cortar. Este proceso se utiliza para la obtención de cintas de grafeno.

*Sonicación de grafito.- Es la dispersión de grafito en medio líquido, luego se aplica ondas sonoras para agitar las partículas de grafito. Luego utilizando la técnica de centrifugación, se logra separar el grafeno del grafito; este método ha logrado obtener grandes concentraciones de grafeno y la mayor pureza del material.

*Reducción de óxido de grafito.- Esta práctica se hizo cuando se encontró en el óxido de grafito pequeñísimas escamas de una sola capa de dicho óxido, estas pequeñísimas escamas eran de óxido de grafeno, este método nos permite obtener grafeno pero de baja calidad. El primero en usar esta técnica fue P. Boehm en 1962.

Aplicaciones:

Existen diversas aplicaciones del grafeno como pueden ser en los ordenadores, automóviles, teléfonos móviles, equipos de música y otros. Pero este material resalta más en los siguientes ámbitos:

*Medicina: Recientes investigaciones afirman que el grafeno puede contribuir en la mejora de los tratamientos contra el cáncer; también se hacen participes las prótesis de grafeno que desplazan a las prótesis hechas con otro materiales. Este material también se aplica en tratamientos de diversas enfermedades.

*Industria de Blindaje: Gracias a su dureza del grafeno y a su flexibilidad es que se puede hacer chalecos antibalas, cascos y varios elementos de protección más resistentes y cómodos.

*Teléfonos Móviles: Con este material se puede llevar a los dispositivos a otro nivel, porque se podrían hacer dispositivos con pantallas plegables, táctiles y flexibles. También se ha comprobado que nanocircuitos de grafeno ayudarían de manera considerable en la velocidad y calidad de las comunicaciones inalámbricas.

*Informática: Con el grafeno se podrá fabricar ordenadores más rápidos y que consuman menos energía eléctrica que los que están hechos con silicio; inclusive si los discos duros se hicieran con este material, almacenarían muchísima más información que los actuales.

*Tratamiento de agua: Gracias a la peculiaridad de su estructura de alta densidad permeable al agua, es que se estudia la posible aplicación en la desalineación del agua; pero aplicaciones de dicha teoría demuestran que su aplicación ayudaría a reducir el tiempo del proceso y lo haría con menor costo.

*Industria del motor y combustible: Debido a la aplicación del grafeno en dicho ámbito es que los hará más ecológicos y eficientes.

*Industria automovilística: Su aplicación se daría más en la fabricación del chasis, porque los haría más resistentes y gracias a esto se reduciría drásticamente la muerte por accidente de circulación; también sería muy beneficiario para los autos híbridos porque su batería sería más duradera y necesitaría un menor tiempo de carga.

*Electrónica: Su aplicación se daría más en la fabricación de transistores o de microchips, elementos que son indispensables en dispositivos electrónicos.