¿Qué es el Grafeno?
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.
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. Gracias a este descubrimiento obtuvieron el Premio Nobel en 2010.
Propiedades y características más destacadas del 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.
11. Presenta un bajo efecto Joule (calentamiento al conducir electrones).
12. Para una misma tarea el grafeno consume menos electricidad que el silicio.
13. Es capaz de generar electricidad por exposición a la luz solar.
14. Es muy denso y no deja pasar al helio en forma gaseosa, sin embargo si deja pasar al agua, la cual, encerrada en un recipiente de grafeno, muestra una velocidad de evaporación similar a la que muestra en un recipiente abierto.
Otras características aún en discusión son la capacidad de autoenfriamiento o su capacidad de auto-reparación. Si una capa de grafeno pierde algunos átomos de carbono por cualquier motivo, los átomos cercanos al hueco dejado se acercan y cierran dicho hueco, esta capacidad de auto-reparación podría aumentar la longevidad de los materiales fabricados con grafeno, aunque de forma limitada.
Aplicaciones destacadas
1. Electrónica: Podría emplearse en la fabricación de microchips o de transistores, ambos elementos imprescindibles en prácticamente todos los dispositivos electrónicos. Existen diversas empresas que ya están desarrollando tintas conductoras, que es un tipo de tinta que conduce la electricidad y que se emplea para imprimir circuitos, a partir de grafeno. Además, por sus especiales características los componentes electrónicos de este material permitirán el desarrollo de dispositivos flexibles que podrán enrollarse o plegarse según las necesidades.
2.Informática: El uso del grafeno permitirá el desarrollo de ordenadores mucho más rápidos y con un menor consumo eléctrico que los actuales de silicio. Además, se estima que un disco duro de este compuesto, del mismo tamaño que uno de los empleados actualmente, podría almacenar hasta mil veces más información.
3. Telefonia móvil: Con el grafeno se crearía una nueva generación de dispositivos adaptados a la fisionomía del ser humano, sin formas ni colores preestablecidos, con pantallas flexibles, plegables y táctiles. Además, diversos estudios recientes han comprobado cómo nanocircuitos de grafeno podrían mejorar de manera significativa la velocidad y calidad de las comunicaciones inalámbricas. Realmente, este tipo de productos suena casi a ciencia ficción, pues medirían mil millones de veces menos que un metro.
4. Sector energético: Es otro de las que cambiarán de manera visible. Por sus propiedades energéticas, el grafeno permitirá la creación de baterías de larga duración que apenas tardarán unos segundos en cargarse. Además, las energías renovables pasarán a un plano más relevante, ya que, entre otros, las placas solares recubiertas de este material serán mucho más eficientes y permitirán una forma más ecológica de consumo energético.
5. Industria del blindaje: La extrema dureza del grafeno, unida a su capacidad de moldearse y a su ligereza, lo hace un compuesto ideal para ser empleado en esta industria. Chalecos antibalas, cascos y multitud de elementos de protección que se emplean por diversos profesionales pasarán a ser mucho más ligeros y seguros.
6.Industria automovilística: Su aplicación en el chasis de los vehículos los haría mucho más resistentes, por lo que el número de muertes en accidente de circulación anuales se podría reducir drásticamente. Por otra parte, los coches híbridos se convertirán en una alternativa real en vez de ser relegados a una representación minoritaria. Baterías de larga duración, con tiempos de carga mínimos facilitarán que los conductores más reacios a estos vehículos los vean con otros ojos.
7.Industria del motor y los combustibles: Hará de ambos más ecológicos y eficientes. Actualmente, es de dominio público que el Pentágono ha invertido una gran cantidad de dinero para fomentar el desarrollo de un aditivo basado en el grafeno que mejore el rendimiento de los aviones militares en cuanto a consumo y rendimiento.
8.Industria alimentaria: Posibilitará la creación de envases para alimentos más seguros o recubrimientos para los muebles del hogar que impidan el desarrollo de bacterias en su superficie.
9.Tratamiento de aguas: Debido a su peculiar estructura de alta densidad permeable al agua, se estudia su posible uso para la desalinización del agua. Algunos datos obtenidos a partir de estos proyectos predicen que se podrá realizar esta tarea en un tiempo muy inferior y con un coste mucho más reducido.
10.Desarrollo de la ciencia: La alta reactividad del grafeno con otros elementos químicos distintos del carbono es una de las características que más atrae la atención en el campo de la investigación. Ya se han descubierto algunos derivados del grafeno, como es el caso del grafano, que mediante la adición de hidrógeno en su estructura molecular da como resultado un nuevo material aislante.
El Grafeno en Medicina y Biomedicina
Recientes investigaciones determinan que el grafeno podrá emplearse para mejorar los tratamientos contra el cáncer. El tratamiento de esta enfermedad tiene como objetivo, de manera general, la destrucción de las células enfermas intentando afectar lo menos posibles a las células sanas.
La búsqueda incesante de un método que permita dirigir el tratamiento contra una zona concreta del organismo sin afectar a las demás podría encontrar respuesta en el grafeno, ya que diversos estudios han puesto de manifiesto que combinando este material con diversos fármacos es posible aumentar la carga de medicación que llega a las células cancerígenas, incrementando las posibilidades de éxito del tratamiento.
Por otro lado, es posible crear moléculas con una elevada afinidad por las células cancerígenas en las que el grafeno forma parte de sus componentes. Una vez administradas, mediante un proceso de fototerapia térmica, que consiste en someter al cuerpo a una determinada longitud de onda que sea inocua para las células sanas, pero que afecte al grafeno, de modo que solo las células cancerígenas previamente marcadas sufrirán un proceso de destrucción celular.
Otra de sus aplicaciones en el ámbito de la biomedicina podría ser la creación de implantes neuronales que sustituyan a los tejidos orgánicos dañados.
Las células nerviosas funcionan básicamente por medio de una corriente eléctrica. Las propiedades del grafeno lo hacen un candidato idóneo para la creación de este tipo de implantes, pudiendo ser un reemplazo para circuitos nerviosos lesionados o incluso creando implantes de retina que contribuyan a devolver la vista a los pacientes que la han perdido.
Pero su uso no solo se limita a la regeneración del tejido nervioso, sino que ya se especula con la posibilidad de crear implantes musculares y de huesos a partir de este material, cuyas propiedades superan las de los materiales actuales. De hecho, como si de una película de ciencia ficción se tratara, ya se habla incluso de la creación de implantes que realicen chequeos periódicos del estado del ADN y del organismo en general.
Por sus propiedades antimicrobianas, científicos chinos decidieron hace unos meses desarrollar una forma de grafeno en forma de hoja de papel qué tiene sus aplicaciones en el ámbito sanitario como, por ejemplo, recubrimiento para vendajes y apósitos, facilitando la cura de heridas disminuyendo la posibilidad de que se produzcan infecciones.
Preservativos de grafeno
A finales del año pasado, los Gates convocaron a un concurso para que la comunidad científica desarrollara un preservativo más efectivo y cómodo, donde se destacó el grafeno como uno de los materiales preferidos. A los ganadores se les otorgaron 100 mil dólares para realiza su proyecto.
El preservativo de grafeno sería la solución óptima para las quejas sobre los condones actuales: efectividad y sensibilidad, además de que sus posibilidades de ruptura son nulas por la resistencia del material.
Otras propuestas destacadas son el uso de compuestos como polietileno o colágenos, pero algo que favorece al grafeno es el costo e fabricación, que es similar al de los condones de látex.
¿Cómo se obtiene el Grafeno?
Llegados a este punto, seguramente te preguntarás por qué, si el grafeno tiene tantas cualidades y ofrece tantos beneficios, no se emplea para mejorar nuestra calidad de vida.
La respuesta es sencilla. Para que conserve todas sus propiedades, el mineral ha de ser de la mayor calidad posible. Con el método tradicional de obtención a base de deshojar el grafito con cinta adhesiva, se consigue grafeno de muy alta calidad, pero la cantidad producida es mínima y resulta insuficiente para su uso industrial.
Por otro lado, el empleo de otros métodos para su obtención enfocados en aumentar la cantidad producida no consiguen un producto con la calidad suficiente.
Actualmente, se comercializa el grafeno bajo dos formas: En lámina y en polvo.
Video con información muy completa sobre que es y cuales son sus usos y demás
Grafeno, el futuro de la ciencia.avi
link: https://www.youtube.com/watch?t=35&v=ikRk1E7G6bs
Otro video para terminar de completar toda la info
Grafeno: Características y Aplicaciones | El material del futuro
link: https://www.youtube.com/watch?t=14&v=FNJRXYc3xSQ
Video sobre un posible futuro con grafeno
Grafeno, un material de Maravilla
Nota de BBC Mundo
La propiedad más inesperada y embriagante del grafeno
Los científicos se asombran de los usos potenciales del grafeno y sus derivados.
Las membranas hechas a base de ese "material milagroso" llamado grafeno sirven para destilar alcohol, de acuerdo a un nuevo estudio publicado en el Science Journal.
Un equipo internacional creó este tipo de membrana a partir del óxido de grafeno. Demostraron que bloquea el paso de varios gases y líquidos, pero sí permite el del agua. Esta característica se une a una larga lista de propiedades fascinantes e inusuales asociadas al grafeno y sus derivados.
El grafeno es una forma de carbono. Se trata de una capa plana de átomos de ese elemento ajustadamente empaquetados en una estructura bidimensional con forma de panal.
Al ser tan fina, es prácticamente transparente. Como conductor de electricidad funciona igual que el cobre, y como conductor de calor, es mejor que cualquier otro material.
Las inusuales propiedades electrónicas, mecánicas y químicas del grafeno a escala molecular prometen numerosas aplicaciones.
Andrei Geim y Konstantin Novoselov de la Universidad de Manchester recibieron el Premio Nobel en Física en 2010 por su descubrimiento, esbozado en un informe científico en 2004.
Geim y otros científicos han desarrollado una lámina hecha de hojas de óxido de grafeno. Éstas resultaron ser cientos de veces más finas que un cabello pero aún así son fuertes, flexibles y fáciles de manipular.
Cuando un recipiente de metal fue sellado con ese film, ni el equipo más sensible pudo detectar la pérdida de aire o cualquier otro gas, incluido el helio.
Pero cuando los investigadores probaron lo mismo con agua, encontraron que se evaporó sin importar el sellado. Las moléculas pasaron a través de las membranas de óxido de grafeno a tal velocidad que la tasa de evaporación era la misma si el recipiente está abierto o sellado.
"Sólo para divertirse"
Rahul Nair, de la Universidad de Manchester, quien encabezó el equipo, comentó que "las hojas de óxido de grafeno se colocan de tal forma que entre ellas sólo hay espacio para una capa de moléculas de agua exactamente".
"Si otro átomo o molécula intenta el mismo truco, encontrará que los capilares de grafeno o se encojen con un poco de humedad o quedan atascados con las moléculas de agua", agrega.
El profesor Gleim, por su parte, añadió que el "gas de helio es difícil de detener". "Lentamente se filtra aun a través de una ventana de vidrio de un milímetro de grosor pero nuestros films ultra finos lo bloquean completamente. Al mismo tiempo, el agua se evapora a través de ellos sin dificultad. Los materiales no se pueden comportar de manera más extraña", subraya.
Nair confiesa que "sólo para divertirse" sellaron una botella de vodka con la membrana. "Encontramos que la solución destilada se volvió más y más fuerte con el tiempo. Ninguno de nosotros bebe vodka pero fue muy entretenido realizar el experimento".
A pesar de esto, los investigadores no ofrecen ninguna idea inmediata en cuanto a su aplicación. Sin embargo, el profesor Geim, comentó que "las propiedades son tan inusuales que es difícil imaginar que no se encuentre algún uso en el diseño de membranas para filtrado, separación o para remoción selectiva de agua".
En otro estudio publicado en el Science Journal, otro quipo de investigadores informó sobre el desarrollo de una membrana basada en un tipo de carbono similar al diamante. Esta membrana tiene unos poros de un tamaño único que permiten el paso ultra rápido de combustible a través de ellos. Un experto dijo que se podría utilizar para filtrar contaminantes tóxicos en el agua o para purificar químicos industriales.
El grafeno es un material con una enorme potencialidad. Si los científicos implicados en la investigación sobre este producto logran producirlo de una forma más eficiente y barata, en pocos años se convertirá en habitual en gran parte de los objetos de nuestra vida cotidiana.