El grafeno está considerado por muchos como el material del futuro pero la verdad es que este super-material ya es toda una realidad. Las propiedades del grafeno hacen que esta sustancia sea única y que sus aplicaciones presentes y futuras parezcan sacadas de un libro de ciencia ficción.
Existen campos de estudio, tecnologías y productos que por su naturaleza disruptiva tienen el potencial de cambiar el mundo para siempre. Por ejemplo la nanotecnología, la inteligencia artificial o el grafeno pueden generar revoluciones similares a las que propiciaron los robots industriales, internet o el plástico.
Cómo gran entusiasta de la ciencia y la tecnología llevo varios años siguiéndole la pista a este material y en este artículo quiero compartir con vosotros la respuesta a las preguntas más fascinantes sobre este material.
¿Qué es el grafeno? ¿Qué es el grafito?
A grandes rasgos podríamos decir que el grafeno es una finísima capa de carbono puro cuyos átomos se encuentran enlazados entre sí de manera hexagonal siguiendo un patrón de panal de abeja. La distancia entre cada uno de los átomos de carbono es de 0.143 nanometros y para que nos hagamos una idea de lo fino que es el grafeno, si apiláramos 3 millones de láminas una encima de la otra, su espesor sería de tan solo 1 mm.
Este conjunto de capas de grafeno apiladas se conoce como grafito. El grafito es un material que se puede extraer en yacimientos naturales y que lo podemos encontrar en objetos tan cotidianos como las puntas de los lápices.
En el grafito las capas de grafeno están unidas entre sí por unos enlaces débiles conocidos como fuerzas de Van der Walls. Este dato aunque parezca un poco técnico, es importante para entender más adelante cómo se obtiene el grafeno.
¿Quién descubrió el grafeno?
Mucha gente pregunta por internet ¿Quién inventó el grafeno? pero esa no es la pregunta que se debe hacer, porque el grafeno no ha sido inventado sino descubierto. Entonces, ¿Quién descubrió el grafeno?
La verdad es que a pesar de que pueda parecer un descubrimiento muy reciente, el grafeno ya se conocía (o más bien se intuía) desde 1859 cuando el químico Benjamin Collins se dio cuenta de lo altamente laminada que era la estructura del óxido de grafito. En un primer momento no se le dio demasiada importancia a este material ya que se consideraba inestable termodinámicamente, pero una vez descubiertas las posibles propiedades del grafeno, fueron muchos los científicos que buscaron sin éxito la forma de extraer una única capa de grafeno. Esto resultaba tan extremadamente complicado, que las láminas más finas que conseguían extraer estaban formadas por entre 50 y 100 capas.
No fue hasta 2004 cuando los físicos Andre Geim y Konstantin Novoselov de la universidad de Manchester consiguieron aislar una lámina de grafeno con un método cuanto menos original y curioso y que les llevaría a ganar el premio Nobel de física en 2010.
Andre y Konstantin quedaban frecuentemente las noches de los viernes para experimentar diferentes teorías y técnicas que muchas veces no estaban relacionadas con sus campos de estudio. Una de estas noches consiguieron extraer algunas láminas de grafeno utilizando simplemente cinta adhesiva. ¿Cómo? Pegaban esta cinta adhesiva contra el grafito y este se adhería en diferentes grosores a la cinta. Entre los diferentes grosores que se pegaban encontraron láminas con un único átomo de grosor. ¡Habían conseguido aislar grafito de una manera realmente sorprendente y sencilla!
La facilidad para extraer estas capas simplemente con cintaadhesiva se encuentra cómo hemos dicho anteriormente en la debilidad de los enlaces de Van der Walls que los unen.
Propiedades del grafeno
Ahora viene lo interesante: ¿Por qué tanto revuelo con el grafeno?. Pues principalmente porque las propiedades del grafeno son impresionantes. ¿Quieres conocer algunas de ellas?
- El grafeno es un gran semiconductor: Conduce la corriente eléctrica hasta 1.000 veces mejor que el cobre. También conduce el calor hasta 10 veces mejor.
- Su fuerza es descomunal: Si lo comparamos con el acero estructural, el grafeno es unas 200 veces más fuerte.
- Es muy flexible: Podrías doblarlo un 20% sin llegar a dañarlo.
- Es transparente: El grafeno es transparente en un 98%.
- Es bidimensional: Como hemos comentado antes esto lo hace un material muy raro, con unas propiedades eléctricas y electrónicas fuera de lo común.
- Muy ligero: Más ligero que la fibra de carbono.
- Muy reactivo: Puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar nuevos compuestos.
Como te puedes imaginar, las propiedades del grafeno son las que hacen de este material un campo tan interesante y con tantas posibilidades. Científicos en todo el mundo ya están estudiando como aplicar este material en cientos de aplicaciones cotidianas diferentes. En el siguiente apartado vamos a ver algunas de las tecnologías que pueden verse realmente beneficiadas con la inserción del grafeno en sus respectivos procesos de fabricación.
Usos y aplicaciones del grafeno
Existen muchas posibles aplicaciones del grafeno y no sólo en el ámbito de la electrónica y la energía, sino también en el mundo de los materiales.
Baterías de grafeno
¿Cansado de que tu teléfono móvil no llegue al final del día por culpa de la batería? Pues con las baterías de grafeno este problema podría estar llegando a su fin.
Gracias a las propiedades del grafeno, las baterías de este material triplican en potencia a las actuales baterías de ion-litio. Pero eso no es todo, además del mayor almacenamiento de energía, estas baterías se pueden cargar en segundos, son más ligeras, tienen una mayor vida útil y además son flexibles.
También hemos hablado en Supercurioso de los coches eléctricos y de cómo uno de sus principales problemas residía en la autonomía de sus baterías de ion-litio. Pues en este caso, con baterías de grafeno la autonomía podría aumentarse hasta los 1.000 kilómetros de distancia. ¡Adiós petróleo!
Microprocesadores de grafeno
La potencia de los microprocesadores y otros componentes electrónicos podría verse mejorada de manera exponencial. El grafeno puede sustituir al silicio como semiconductor, de hecho, el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) ya ha conseguido desarrollar el primer microchip de 1.000GHZ, unas 300 veces más rápido que los chips actuales.
Además de esto, los microprocesadores de grafeno no se calientan tanto y son mucho más eficientes energéticamente. Es decir, consumen mucha menos electricidad para desarrollar su trabajo.
Si combinamos microprocesadores de grafeno (que consumen menos) y baterías de grafeno (que tienen más capacidad), conseguiremos ordenadores, cámaras, móviles y otros electrodomésticos mucho más potentes y mucho más duraderos.
Placas solares de grafeno
La energía solar es una de las energías renovables más prometedoras. Gracias a ella, en un futuro no muy lejano, podremos decirle adiós definitivamente a las fuentes de energía basadas en combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural). Las ventajas de esto están claras: Las energías renovables no contaminan y además son ilimitadas.
¿Cómo incide aquí el efecto grafeno? Fácil; actualmente se suele utilizar Indio para fabricar placas solares, pero las propiedades del grafeno lo hacen mucho más eficiente en esta tarea y además es más barato que el Indio.
Gracias a esto podría reducirse mucho el precio de la tecnología solar y (si los gobiernos lo permiten) propiciar un cambio de era energética.
Purificación de agua con grafeno
El grafeno es un material hidrófobo, es decir, repele el agua con mucha efectividad. Gracias a esta propiedad el grafeno podría convertirse en un importante purificador de agua.
Si a una lámina de grafeno, se le hacen poros a lo largo de su superficie, esta lámina podría utilizarse como filtro ultra efectivo para separar el agua del resto de sustancias contaminantes. Lo bueno de esta técnica es que sería energéticamente muy eficiente y por lo tanto buena para el medio ambiente.
Lo mejor de todo es que la tecnología de microperforar el grafeno ya se ha conseguido y es sólo una cuestión de tiempo comenzar a ver estos avances aplicados en un unos real.
Otras posibles aplicaciones del grafeno
Son tantas las posibles aplicaciones del grafeno, que si desarrollara todas en este artículo, ibais a necesitar un mes para terminar de leerlo y yo por lo menos un año para terminar de escribirlo. Es por ello que a continuación detallo otras aplicaciones del grafeno que ya se están estudiando o que resultan más que viables de cara a un futuro cercano:
- Internet de alta velocidad con grafeno hasta 10 veces más rápido que la fibra óptica.
- Añadir grafeno a materiales como el hormigón, el acero o los plásticos para hacerlos mucho más fuertes y ligeros.
- El grafeno consigue reducir la fricción incluso mejor que el aceite. Funcionaría muy bien a modo de lubricante.
- Pintura de grafeno. Compuesta por nanofibras de este material que la hacen mucho más resistente y duradera.
- Secuenciación de ADN. Gracias al grafeno se podría reducir el tiempo y el coste de secuenciar cadenas de ADN.
Una empresa española a la vanguardia mundial
Cuando comencé mi investigación sobre el grafeno me sorprendió gratamente encontrar a una empresa española a la vanguardia de la investigación y producción de grafeno y derivados del grafeno.
Con sede en Yecla, Murcia, Graphenano Nanotechnologies produce grafeno en grandes cantidades y lo integra en diferentes aplicaciones como baterías, pinturas y mejora de materiales.
Entre los hitos de esta empresa está el haber desarrollado una batería de grafeno para coches con una autonomía potencial de 800 kilómetros, ha creado una pintura con una resistencia total de hasta 10 años o crear un aditivo para hormigón que mejora todas las características que «afectan a la durabilidad de los hormigones y comprometen su buen comportamiento en el tiempo».
Conclusiones
Las propiedades del grafeno lo han convertido en toda una promesa tecnológica que va a revolucionar todos los ámbitos de nuestras vidas. Pero a pesar de este futuro tan prometedor, aún no queda mucho por hacer. Se tiene que seguir investigando y los nuevos derivados de este material se tienen que comenzar a consolidar, es por ello que tenemos que apoyar todo este tipo de iniciativas.
La comunidad de Supercurioso.com está llena de innovadores y apasionados de la tecnología. Estoy seguro de que más de uno acabará en un futuro trabajando para alguna empresa relacionada con el grafeno. ¿Qué te ha parecido el grafeno? ¿Te gustaría que siguiéramos tratando temas así? Déjanos un comentario o continúa con nosotros la conversación por redes sociales.