jueves, 14 de noviembre de 2013

GRAFENO, algo mas que un cristal plano!

El GRAFENO – una capa de un átomo de carbono de espesor- es quizás la sustancia mas sorprendente y versátil que ha conocido la humanidad!!  Estamos viviendo como una gran explosión científica desde su novedoso descubrimiento, hace menos de diez años, que les condujo a ganar el Premio Nobel de Física en 2010 a los profesores Andre Geim y Kostya Novoselov, de la Universidad de Manchester. Tiene el grafeno una combinación tan única de “súper propiedades” que induce a pensar que estamos en los albores de una nueva era tecnológica dentro de una amplísima variedad de campos científicos.
Es un cristal atómico en dos dimensiones, compuesto por átomos de carbono dispuestos en mallas hexagonales. Cuando se acumulan una sobre otra forman el grafito. Aunque desde 1859 siempre hubo estudios esporádicos sobre este material, la verdadera investigación se inició en 2004 cuando se encontró una forma simple y efectiva de producir muestras en mayor volumen. El original método de la “cinta Scotch”, de tan fácil aplicación, dió la vuelta al mundo rápidamente. Esto ha permitido que actualmente haya centenares de laboratorios trabajandos en diferentes experimentos sobre la aplicabilidad del grafeno, pues no se requieren equipos complicados ni costosos para obtener muestras de este material.
Otra causa de la inmensa popularidad del grafeno es lo atractivo que resulta para investigadores de muy distintas ramas científicas, encontrar aplicaciones en sus respectivas especialidades. Es el primer cristal atómico bidimensional que se conoce, y desde el punto de vista termodinámico, tiene propiedades muy distintas a las de objetos de 3 dimensiones. Igualmente, en si mismo es un sistema electrónico con características sin precedentes. Además, es el objeto mas delgado obtenido por el hombre, es el material mas fuerte, el mas liviano, es el mejor conductor de calor y electricidad conocido hasta ahora, muy elástico, impermeable a casi todas las moléculas, ... y pare Ud. de contar.
               A lo anterior se agrega que, el carbono es la segunda masa mas abundante en el cuerpo humano, y es el cuarto elemento mas abundante del universo (en masa) después del hidrógeno, helio y oxígeno. El carbono, desde el punto de vista químico, es la base fundamental de todas las formas de vida en la Tierra. Esto permite pensar que el grafeno sería un material amigable ecológicamente con el que se obtendrían soluciones sustentables en un ilimitado número de aplicaciones
            Que ha evitado al grafeno estar disponible para el uso comercial desde sus inicios? El proceso de fabricación de grafeno de alta calidad es aún muy costoso y complejo. Separar los substratos metálicos sin dañarlo,  requiere el uso de materiales con vapores tóxicos para formar la “capa limpia” a nivel industrial. Esto ha limitado seriamente su uso en la industria electrónica. Sin embargo, desde 2012 hasta la fecha se ha logrado avanzar de manera significativa en mejorar el proceso industrial, lo cual permite tener expectativas que pronto vendrán productos usando este maravilloso material.
Será posible fabricar súpercapacitores de grafeno, lo que significará uno de los mas grandes avances en la ingeniería electrónica en mucho tiempo. A pesar del desarrollo electrónico actual, las baterías y capacitores  continúan siendo un factor limitante. Ya se ha hecho pruebas con algunos prototipos (de baterías y capacitores) y se ha observado que tienen una densidad de potencia comparable a las baterías de ion-litio de alta potencia de hoy dia. Con la ventaja para el prototipo que son muy flexibles, duraderos, livianos, rápidos de cargar, delgados, y comparativamente muy baratos de producir. Ello presagia que capacitores y baterías de grafeno serán de mayor capacidad de almacenamiento de electricidad, durarán mas, se cargarán en minutos y tendrán una larga longevidad. Se imagina Ud. un carro eléctrico con baterías así?
Explorando mas en los posibles usos para el grafeno, se tiene la pintura. Es un material inerte, lo que le permite actuar como una barrera contra la corrosión. Significa que los vehículos del futuro serán resistentes a la corrosión. Debido a su resistencia es un potencial reemplazo de la fibra Kevlar en ropa de protección y chalecos antibalas. Eventualmente podrá ser usado en la manufactura de vehículos y de materiales de construcción.
En cuanto a sus propiedades de súperconductor eléctrico y flexibilidad, se podrá fabricar televisores y teléfonos arrollables, hasta periódicos que se puedan actualizar vía inalámbrica. Por su altísima transparencia será posible colocar ventanas inteligentes y robustas, con cortinas virtuales o con variedad de  imágenes,  de acuerdo a su gusto o su humor.
Jugando mentalmente con todas esas cualidades del grafeno, se imagina Ud. que su vehículo tenga su alarma conectada a la pintura? Podría saber en tiempo real si alguien está tocando su automóvil a través de su smartphone. En el caso de un choque se podría determinar la secuencia de los golpes, y este análisis ayudaría a despejar como ocurrió el accidente.
            Será posible poseer ropa con células o súpercapacitores  fotovoltaicos incorporados. Lo que permitirá recargar los teléfonos móviles  o tablets en cuestión de minutos (potencialmente hasta en segundos) mientras camina al trabajo o a la escuela. También puede haber ropa “de seguridad” que ofrezca protección contra contactos no deseados mediante una descarga eléctrica.
Todo luce como ciencia ficción, como fantasía!  Pero es real!!  Estamos en el umbral de ese mundo súpermoderno. Y todo gracias a un sencillo descubrimiento hecho por dos investigadores de la Universidad de Manchester trabajando con un poco de grafito y algo de cinta Scotch. Así progresa la humanidad.
            Hasta pronto!!