La propiedad del grafeno que podria generar energia limpia e ilimitada
Hasta hace algunos anos el grafeno era un material imposible, y hoy no hacemos mas que maravillarnos con la cantidad de aplicaciones que le han descubierto. Sin embargo, ninguna resulta tan prometedora como la que abordamos hoy. Una nueva investigacion de la Universidad de Kansas, en los Estados Unidos, revelo que la ondulacion del grafeno genera un fenomeno fisico a escala atomica que podria aplicarse como una forma de producir energia barata y practicamente ilimitada.
Del grafito al grafeno.
En este punto todos conocemos el grafito, un material negro con base en el carbono que, al combinarse con un material ceramico, hace posible la fabricacion de la parte central de un lapiz.
Los trazos que aparecen en la superficie del papel no son mas que hojas de atomos de carbono dispuestas en un patron hexagonal. Toda vez que estas hojas no estan conectadas, se deslizan facilmente una sobre otra.
Durante mucho tiempo, los investigadores se preguntaron si era posible aislar estas hojas de grafito unas de las otras, en otras palabras, lograr que un plano bidimensional hexagonal de carbono se sostuviera por su cuenta.
En el 2004, un equipo de fisicos de la Universidad de Manchester logro lo que parecia imposible hasta entonces, aislando hojas de un trozo de grafito con apenas un atomo de grosor. Para existir, este material de dos dimensiones tuvo que enganar a las leyes de la fisica de alguna forma, actuando como un material en tercera dimension para tener algun grado de robustez. El truco implica utilizar la vibracion aleatoria de los atomos, proporcionando a la hoja de grafeno en dos dimensiones una tercera dimension accesible.
El objetivo principal: la vibracion del grafeno.
En resumen, el grafeno es posible porque no es perfectamente plano, pero vibra a un nivel atomico de tal forma que sus enlaces no se rebelan de forma espontanea. Por su parte, el equipo de fisicos de la Universidad de Arkansas tenia como objetivo principal la simple observacion de la vibracion del grafeno.
Para medir de forma precisa el nivel de esta ondulacion, el fisico Paul Thibado y su equipo dispusieron hojas de grafeno en una gran cantidad de cobre que hizo las veces de soporte, esto con el fin de dar seguimiento a los cambios en las posiciones de los atomos usando un microscopio de efecto tunel.
Aunque lograron registrar el balance de los atomos en el grafeno, los resultados no encajaban en ningun modelo esperado. No eran capaces de reproducir los datos entre una prueba y otra.
Paul Thibado, fotografia Universidad de Arkansas.
Un vuelo de Levy a nivel atomico.
Los alumnos de posgrado creian que el estudio no revelaba ningun tipo de utilidad, que no podrian realizar ninguna clase de conclusion a partir de los datos obtenidos. Sin embargo, Thibado se preguntaba si estaban abordando el problema de la forma equivocada. Conduciendo el experimento hacia una direccion distinta, el grupo separo cada imagen en sub-imagenes, para observar a una escala mas pequena. A gran escala, estos datos ocultaban los distintos patrones.
Cada zona de una sola imagen, cuando se visualizaba a lo largo del tiempo, produjo un patron mas significativo, explico Thibado.
Esos patrones de diminutas fluctuaciones aleatorias que se combinan para formar cambios repentinos y dramaticos se conocen como vuelo de Levy. Y aunque anteriormente se han observado en sistemas complejos de biologia y clima, esta es la primera ocasion en que son localizados a una escala atomica.
La sorpresiva generacion de energia.
Al medir la tasa y escala de estas ondas de grafeno, Thibado supuso que seria posible aprovecharlas como una fuente de energia a temperatura ambiente. Mientras la temperatura del grafeno hace posible que los atomos se desplacen de forma desconcertante, sigue ondulando y doblandose.
Pero cuando se colocan electrodos en ambos extremos de este grafeno, se presenta una pequena tension de cambio.
De acuerdo con los calculos del equipo, un solo trozo de grafeno de 10 x 10 micrones seria capaz de producir 10 micro-watts de energia. Dado que mas de 20,000 de estos cuadros de grafeno caben en la cabeza de un alfiler, una diminuta cantidad de grafeno a temperatura ambiente seria capaz de impulsar un reloj de pulso de forma indefinida.
Sin embargo, una de las aplicaciones mas llamativas son los implantes biologicos, que tendrian la posibilidad de funcionar sin pesadas baterias.
Un experimento prometedor.
Sin duda alguna se trata de un descubrimiento prometedor, pero se ocupa una investigacion mucho mas profunda para definir si las posibles aplicaciones resultan practicas.
La buena noticia es que Thibado ya esta colaborando con cientificos de la US Naval Research Laboratory para ver si pueden sacar adelante el concepto.
Quiza estemos atestiguando el nacimiento de un nuevo campo de dispositivos electronicos. La investigacion puede encontrarse en Physical Review Letters.
