El grafeno: el material que liderará la próxima revolución industrial

En muchas publicaciones científicas se lo llegó a llamar “el material de Dios” por sus propiedades casi divinas. El descubrimiento del grafeno data de la década de los treinta. Se dejó a un lado de la ciencia por ser muy inestable a los cambios de temperatura. No ha sido hasta nuestros días cuando ha cobrado una mayor relevancia. Dos físicos rusos consiguieron aislar este material a temperatura ambiente lo que los llevó a ganar el premio Nóbel en 2010.


Pero qué es específicamente el Grafeno. Pues bien, podemos empezar explicando que el carbono es uno de los elementos químicos más importantes en la naturaleza. Se encuentra en todos los seres vivos y, según se distribuyan sus átomos, puede formar sustancias con distintas características.  A partir del carbono se consigue el grafeno. Este material surge cuando pequeñísimas partículas de carbono se agrupan de forma muy densa en láminas de dos dimensiones muy finas (tienen el tamaño de un átomo), y en celdas hexagonales. Para que te hagas una idea, su estructura es similar a la que resulta de dibujar un panal de abejas en un folio. ¿Por qué en un folio? Porque es una superficie plana, de dos dimensiones, como el grafeno.
El grafeno se obtiene a partir de una sustancia abundante en la naturaleza, el grafito. Ésta, forma parte de nuestra vida cotidiana, ya que se emplea para fabricar muy variados objetos, desde la mina de los lápices hasta algunos ladrillos.

El 5 de Octubre de 2010 la Real Academia de las
Ciencias de Suecia ha galardonado a Andre Geim y Konstantin Novoselov
por sus trabajos pioneros en el desarrollo del grafeno

Pese a que el grafeno se conoce desde la década de 1930, fue abandonado por considerarlo demasiado inestable. No fue hasta muchos años después, en 2004, cuando los científicos de origen ruso Novoselov y Geim consiguieron aislarlo a temperatura ambiente. Este descubrimiento no fue baladí, pues gracias a él obtuvieron el Premio Nobel en 2010.
¿Qué hace a este material tan especial?. Sin ninguna duda sus propiedades nunca antes vistas en la química: A continuación, te explicamos las principales propiedades con las que cuenta el grafeno:

  1. Dureza: Se puede definir la dureza de un material como la cantidad de energía que es capaz de absorber antes de romperse o deformarse. El en caso del grafeno su dureza se estima en aproximadamente unas 200 veces la del acero, casi similar a la del diamante. Es decir, que hablamos de un material muy resistente al desgaste y que puede soportar grandes pesos. Se estima que para atravesar una lámina de grafeno con un objeto afilado sería necesario establecer un peso sobre él de aproximadamente cuatro toneladas.
  2. Elasticidad: Al igual que pasa con la dureza, el grafeno presenta una elevada elasticidad. Esto hace que se pueda aplicar en muy diferentes superficies, de las cuales aumentará también la durabilidad, ya que al ser elástico tendrá menos posibilidades de quebrarse.
  3. Flexibilidad: Al tener una elevada elasticidad puede moldearse de diversas maneras, lo que aumenta enormemente los campos en los que se puede utilizar.
  4. Conduce muy bien el calor: La conductividad térmica es una propiedad física que mide la capacidad de un cuerpo de conducir el calor, es decir, de permitir el paso del calor a través de él. Es elevada en los metales, pero muy baja en el resto de los materiales, por lo general. La excepción a esto es el grafeno. 
  5. Conduce muy bien la electricidad: Conduce mucho mejor la electricidad que el cobre, material que habitualmente se utiliza como base de los cables. Por otra parte, necesita una menor cantidad de electricidad para transportar energía que la mayoría de los materiales empleados actualmente, como es el caso del silicio. ¿Qué significa esto? Que si en el futuro se aplicara, por ejemplo, en las baterías de los móviles o de los ordenadores portátiles, ésta duraría mucho más tiempo.
  6. Transparente y ligero: Se trata de un material con estas características, lo que permitiría su utilización para crear pantallas mucho más ligeras. Si lo unimos a otras de sus propiedades ya mencionadas, como es el caso de la flexibilidad, una de sus aplicaciones sería la de la creación de pantallas plegables o enrollables.
  7. Reacciona químicamente con otras sustancias: Esto le permite servir de base para la creación de materiales nuevos o introducir impurezas dentro de su estructura para modificar las propiedades originales del grafeno, lo que abre un abanico prácticamente ilimitado de campos de aplicación.
  8. Soporta bien la radiación ionizante:  El grafeno ofrece una gran resistencia a ser modificado por este tipo de radiación, por lo que se puede aplicar en ámbitos como el sanitario, en el que se utilizan aparatos que emiten radiaciones ionizantes, como es el caso de los sistemas de radioterapia, por ejemplo. En la actualidad, los materiales que se encuentran alrededor de los aparatos que emiten radiaciones ionizantes se desgastan muy pronto, lo que supone un coste muy elevado que se podría ahorrar con su construcción con grafeno.
  9. Elevada densidad: El grafeno es un material muy denso. Tanto, que ni siquiera los átomos más pequeños conocidos, los de Helio, son capaces de atravesarlo. Del mismo modo sí que permite el paso del agua, que se evapora a la misma velocidad que si estuviera en un recipiente abierto.
  10. Efecto antibacteriano: Al estudiar el comportamiento del grafeno con organismos vivos, se comprobó que las bacterias no crecen en él, lo que abre las posibilidades de su utilización en la industria alimentaria o en la biomedicina.


TODO MUY LINDO, PERO…
Hasta ahora se ve un futuro muy lindo, con muchos arcoiris en el horizonte, pero, el principal problema de este material en la actualidad, que sigue siendo el de siempre: caro de producir en masa. Un centímetro cuadrado de grafeno puede costar entre 10 y 50 euros para producirlo. Con esos precios se transforma en prohibitivo para cualquier tipo de industria. Sin embargo aún así, su precio no para de bajar, casi se puede decir que mes a mes. Esto quizás porque están apareciendo muchas propuestas e ideas, algunas de ellas de empresas españolas, de cómo conseguir producirlo en masa y así bajar drásticamente su coste.

El aerogel de grafeno es tan ligero que se sostiene sobre la flor de un cerezo

Todos estos obstáculos se van a superar en el futuro, sólo hay que ver el monto que se van a gastar entre otros la Unión Europea, que va a destinar nada menos que mil millones de euros en los próximos 10 años para el desarrollo de este material. A todo esto se busca unir los cientos de proyectos desplegados en todo el mundo. No cabe duda alguna de que no se gastaría todo ese dinero si no le vieran un futuro esplendoroso. Recordemos que con la fibra de carbono en los 60 y 70 le ocurrió prácticamente  lo mismo. En la actualidad la demanda de productos compuestos de fibra de carbono esta valorada, sólo en Estados Unidos, en más de diez mil millones de dólares.
Las compañías de la industria que cotizan en el parque hoy en día no merecen la pena ni pararse un segundo a comentarlas. Son empresas de investigación que no son rentables ni pretenden serlo todavía. Van en busca de una patente que les haga crecer en el futuro. Las grandes multinacionales tampoco están perdiendo el tiempo y empresas como BASF o Samsung buscan como sacar partido al compuesto.
¿Qué sectores pueden sufrir un “boom” por su irrupción? ¿Qué aplicaciones tendrá en el futuro? Se puede decir que son inimaginables. Vamos a remarcar algunas, gran parte de ellas en fase experimental.

ENERGIAS RENOVABLES
Ya no es ninguna novedad decir que la energía solar es la fuente de energía del futuro. El sol produce energía suficiente para cubrir la demanda actual del planeta de los próximos 500 mil años. Sólo necesitamos capturar una pequeña proporción de la que llega a nuestro planeta. El problema del sector es todavía su ineficiencia. Un panel solar sólo convierte en electricidad un 20% de la energía solar que alcanza la superficie. En numerosos experimentos se ha comprobado como el grafeno tiene una eficiencia altísima a la hora de convertir luz en energía eléctrica. El despegue de este sector sería una noticia maravillosa para la humanidad.

DISPOSITIVOS FLEXIBLES
Según algunos expertos las pantallas táctiles de grafeno verán la luz en un plazo de tres a cinco años. Los dispositivos electrónicos no serán rígidos como hasta ahora sino elásticos. Se podrán doblar, plegar y cambiarles la forma. Sin duda supondrá una ruptura en portabilidad y estética. Es díficil imaginar todas las posibilidades que puede aportar a la industria del entretenimiento.

REDES DE COMUNICACION INALAMBRICA ULTRAVELOCES
Podría multiplicar por 100 la velocidad de conexión actual. Esta velocidad permitiría enviar de un ordenador a otro un disco duro de tamaño medio en menos de un segundo. Además los ordenadores tendrían tal potencia que dejaría a los mejores exponentes actuales como reliquias para un museo de historia.

BATERIAS QUE NO SE ACABAN
Con esta tecnología las baterías durarían 10 veces más y se cargarían más deprisa. Se acabaría definitivamente tener que recargar el teléfono móvil cada dos por tres.

APLICACIONES MEDICAS
Se esta estudiando para cosas tan curiosas como la fabricación de músculos y huesos de grafeno. Tiene efectos antibacterianos, con lo que pueden confeccionarse vendajes para evitar el contagío de enfermedades bacterianas.

MOTORES MAS EFICIENTES PARA AVIONES SUPERSONICOS

Finas hojas de grafeno que añadidas al combustible conseguirán una reducción del consumo y la contaminación ambiental. El pentágono lo está investigando y afirma además que los aviones conseguiran una velocidad todavía mayor. Si esta aplicación prospera no es díficil imaginar su translado a los coche en el futuro.

 
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