Este post le venía pensando mucho tiempo pero no quería meterme porque apenas tenía idea y no sabía ni por donde empezar por lo que había planteado no hablar de ello, pero como caído del cielo me llego
un amigo,
cblakS, y me lo mandó al correo (o al facebook, no recuerdo) ya hecho. Así pues solo me queda agradecerle el esfuerzo y decirle que su entrada va a ser calíficado como "
entrada extensa". ¡Gracias majo!. Os dejo ya con
su entrada:
"Hoy vamos a hablar de materiales y tocaremos al que se conoce como
el material del siglo XXI; un poco presuntuoso creo yo, cuando
todavía estamos empezando el siglo, pero ese calificativo nos da
idea de la importancia de este material.
La idea teórica tiene casi un siglo, pero fue obtenido por
primera vez en 2004 en la Universidad de Manchester, por los físicos
de origen ruso Konstantin Novoselov y Andre Geim, que en 2010
recibieron el Nobel de Física por sus trabajos con el grafeno.
Pero,...
¿Qué es el grafeno?
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Vista de la capa de atomos de carbono en forma de red, lo que genera el grafeno. |
Podemos decir que es un material bidimensional, eso ya asusta un
poco, constituido por una capa de átomos de carbono, situados en los
nodos de una red hexagonal, como un panal de abeja, pero cuyo espesor
es de UN SOLO ATOMO (0,1 nm = 10 -10 m). Es tan fino que se podría
cubrir un campo de futbol como el Bernabeu con una masa de menos de 3
gramos.
Esta estructura es como la del grafito, con la diferencia que el
grafito está constituido por muchas capas, o sea, el grafito está
formado por muchos “milhojas de grafeno”. Tanto es así que los
premiados obtuvieron las primeras muestras de grafeno por exfoliación
del grafito utilizado en los lápices.
Por analogía con el grafeno podríamos mencionar los nanotubos de
carbono, que serían como láminas de grafeno enrolladas formando un
cilindro de unos nanometros de diámetro; podríamos decir que es un
material unidimensional y tiene interés por ejemplo en la
fabricación de fibras.
Por otra parte, si no fuesen todos hexágonos,
sino que nos encontrásemos con pentágonos, se curvaría la malla y
podríamos encontrarnos con una especie de nano-bolitas de carbono,
que serían los llamados fulerenos o fullerenos, este lo podríamos
considerar un material zero-dimensional, y tiene escasa aplicación
práctica hasta el momento. Estos materiales pertenecen al mundo real
y ya se está trabajando con ellos, pero para hoy es suficiente con
que nos centremos en el grafeno.
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Debido a su parecido con un balón, al fullereno, se le ha llamado también futboleno. |
Propiedades exóticas:
- Enlaces extraordinariamente rígidos, lo que le confiere una
resistencia 200 veces superior al acero.
- Elástico, puede estirarse hasta un 20% y se recupera sin sufrir
deformación.
- Duro como el diamante.
- Movilidades electrónicas extraordinariamente altas, 100 veces
la del silicio.
- Los electrones se comportan como si no tuviesen masa en reposo,
por lo que se mueven a gran velocidad independientemente de su
energía.
- Un millón de veces mayor densidad de corriente que el cobre.
- Efecto Joule muy reducido, conduce la corriente con muy bajo
calentamiento.
- Record de conductividad térmica
- Impermeable incluso a los átomos de gas helio, los mas pequeños
que existen sin combinar.
- Transparencia 97%
- Biocompatible. Apto para utilización en bioingeniería.
Y muchas otras como el efecto piezoeléctrico, o lo que se
denomina como efecto Hall cuántico.
Aplicaciones:
En todo el mundo se trabaja en investigación con el grafeno. En
Octubre de 2011, Reino Unido anuncia un proyecto de investigación dotado con
50 millones de libras, en Diciembre del mismo año los Estados Unidos de America lanzan un proyecto a 10
años dotado con 1000 millones de dólares, Corea del Sur tiene previsto invertir 350 millones de dólares en iniciativas de comercialización, Japón, Alemania, Australia,
nadie se queda atrás. También en España se investiga sobre el
grafeno, en CSIC, Universidad Politécnica de Madrid, Universidad
Politécnica de Barcelona, etc.
Las posibles aplicaciones son innumerables y abarcan todos los
campos de la tecnología; mencionaremos solo unas pocas; en unos
casos serán relativamente sencillas y tal vez de próxima
industrialización, en otros casos serán complejas y todavía
necesitarán mucha investigación y desarrollo. Tengamos en cuenta
que desde la aparición de un nuevo material hasta su introducción
efectiva en la industria suelen pasar unos 20 años.
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No te preocupes más de los golpes que pueda recibir tu móvil.
Si es de grafeno claro, si no... ándate con cuidado. |
- Informática: Samsung e IBM han logrado transistores basados en
grafeno que operan a 300 GHz que auguran un potencial teórico de
fabricación de chips a esta frecuencia, frente a los 4-5 GHz de los
chips basados en silicio, que se pueden aumentar como mucho a los 8
GHz con técnicas de refrigeración con nitrógeno. Pero no están
solo Samsung e IBM, muchos otros fabricantes investigan en este área.
Para darnos cuenta de la velocidad a que avanza el desarrollo con
grafeno, veamos que en Diciembre de 2008 IBM anunciaba que conseguía
transistores que trabajaban a unos pocos GHz; en Febrero de 2010 ya
hablaba de 100 Ghz y a finales de 2011 iban por 300 GHz. La aplicación del grafeno en la construcción de discos duros,
podría multiplicar por 1000 su capacidad.
- Disipadores térmicos: Gracias a la elevada conductividad térmica
del grafeno, utilizándolo en aleaciones con cobre se espera mejorar
la capacidad de disipación térmica en un 25% respecto de uno de
cobre. Además se reduce el coste, porque el grafeno será mas barato
que el cobre.
- Fibras artificiales: En la universidad de Hanyang (Corea) han
desarrollado una nueva fibra basada en grafeno y nanotubos de
carbono, con una resistencia 12 veces superior al Kevlar, que se
utiliza por ejemplo en los chalecos antibalas.
En la misma línea trabajan los científicos de la Universidad de
Wollongong (Australia).
Las fibras de Spiderman, si eran de tela de araña, eran 6 veces
menos resistentes, o sea que Spiderman se va a quedar obsoleto.
- Baterías: Científicos de la Universidad de Northwertern (USA)
dicen estar trabajando en baterías de Li, modificadas con grafeno,
en las que pueden multiplicar por 10 su capacidad y reducir 10 veces
el tiempo de carga; podrían obtener una batería de un móvil que
durase una semana y se recargase en 15 minutos.
Por otra parte, científicos de HongKong dicen haber conseguido
una batería que genera electricidad a partir del calor ambiente.
- Supercondensadores que permitirían gestionar la energía
producida por las fuentes de energía renovables y causarían una
revolución en esta industria.
- Paneles fotovoltaicos basados en grafeno podrían aumentar la
eficiencia de los paneles solares de un 16% al doble o triple.
- Plásticos reforzados con grafeno podrían aumentar su resistencia
y disminuir su peso. Aplicaciones en automoción, aeronáutica, etc.
- Investigación: Cabe mencionar una aplicación muy orientada al
mundo de la investigación científica. Gracias a la propiedad de que
los electrones en el grafeno se comportan como si no tuviesen masa en
reposo, como la luz pero a una velocidad de 10^6 m/s, hay científicos
que defienden que algunos experimentos que hoy requieren la
utilización del CERN (varios Km2 de superficie) se podrían simular
en un minilaboratorio de 1 cm2 de grafeno y que permitiría trabajar
en la búsqueda del Boson de Higgs del que hablamos en su día. Hoy parece ciencia ficción, la
realidad no será probablemente como he descrito antes, pero
ciertamente esta propiedad que presenta el grafeno permitirá a los
científicos obtener muchos nuevos conocimientos.
- Otros productos posíbles serían, pantallas de ordenador enrollables, como un folio, pantallas
táctiles, tintas conductoras, etc, etc, etc... las posibilidades se abren con el grafeno a límites muy amplios.
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¿Tablets con el tamaño y grosor de un folio?
Con el grafeno, es posible. |
Como vemos, en algunos casos el cambio de prestaciones con
respecto a la tecnología actual es de uno o varios órdenes de
magnitud, en otros casos simplemente se pueden hacer cosas
actualmente inimaginables.
Para mas información podeis visitar ésta web o simplemente preguntarle a Google por el grafeno, o graphene si
os vale en inglés.
En algunos de estos casos, por ejemplo en el caso de pantallas
tactiles, la tecnología actual utiliza tierras raras en su
composición, escasas y caras; el grafeno es simplemente carbón,
abundante y barato, y aunque no se utilizará puro sino combinado con
diferentes dopados, sustratos, etc. se abaratarán costes.
Por otra parte, aparecerán nuevas aplicaciones que hoy ni
siquiera imaginamos; por ejemplo el teflón se pensó en su inicio
para aplicación en técnicas aeroespaciales y ahora lo tenemos hasta
en las sartenes.
Producción industrial:
Ya existen fábricas que producen grafeno, aunque de momento
destinado a la investigación y no está España fuera de esta
carrera; entre las tres empresas mas importantes del mundo se
encuentran dos en USA y una, Graphenea, en España, concretamente en
San Sebastián que exporta el 99% de su producción, (Japón,
Alemania, Corea…)
Como dije antes, todavía tardarán unos años en comercializarse
algunos de estos productos, aunque he visto que Samsung tiene
previsto fabricar galgas extensométricas de grafeno tan pronto como
en 2014, a 10$ cada una para un mercado de 60.000 M$. Pero si alguno
no puede esperar, por unos pocos dólares ya podéis comprar online
en ésta web.
Hay que darse prisa porque a nivel teórico ya está definido el
grafino, parecido al grafeno pero con enlaces triples y dobles, que
conduce los electrones en una sola dirección y puede tener ventajas
en muchos campos.
Aunque, de momento nadie lo ha sintetizado... "
Las fotos están sacadas de aquí, aquí, aquí, aquí y aquí
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