Grafeno, el componente milagroso para la tecnología

Madrid, España.- Desde que fue sintetizado en 2004 y se hizo famoso en 2010, cuando los investigadores de origen ruso Andre Geim y Konstantin Novoselov recibieron el Premio Nobel de Física por sus trabajos en su desarrollo, el "material del futuro no deja de asombrar a la comunidad científica y tecnológica por sus increíbles propiedades e infinidad de aplicaciones potenciales".

computadoras con pantallas flexibles y transparentes. Baterías diez veces más duraderas que las de los teléfonos móviles actuales y recargables en media hora. Ultracondensadores que multiplicarán el rendimiento de las redes de distribución eléctrica. Televisores que incluirán materiales orgánicos. Paneles que convertirán la energía solar en electricidad tres veces más potente que en la actualidad.

Son algunas de las aplicaciones potenciales - "tantas que no se pueden enumerar", según los propios descubridores  de este material "extraordinariamente resistente, abundante, económico, que conduce la electricidad mejor que ningún otro metal y con propiedades nunca halladas en otro material", según se explica en la web especializada `Grafeno.com'.

"El grafeno, a caballo entre un metal y un semiconductor, se caracteriza por tener una sola capa de átomos de carbono colocados en una red hexagonal" explica Francisco Guinea, investigador en el Instituto de Ciencias de Materiales del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España.

Según este experto, el grafeno "es transparente, impermeable, duro y elástico, y tiene ciertas deformaciones que dan lugar a campos magnéticos muy elevados".

Guinea  forma parte de un equipo de investigadores que ha conseguido fabricar en la Universidad de Stanford, en California (Estados Unidos),  un material que imita las propiedades exóticas del grafeno, colocando moléculas de óxido de carbono (CO) "en posiciones adecuadas" sobre una superficie de cobre.

De acuerdo al investigador del CSIC, "cuando Geim y Novoselov, de la Universidad de Manchester (Reino Unido), consiguieron aislar este material, abrieron las puertas al conocimiento de estas propiedades únicas".

PRODIGIOSO PERO TODAVIA ESCASO

"Los electrones del grafeno se mueven a velocidades cercanas a las de la luz. Además, las deformaciones de la red cristalina producen efectos similares a los de un campo magnético, pero mucho mayor que los que se pueden obtener en un laboratorio en la Tierra", destaca Guinea.

Científicos de todo el mundo como Guinea, que llevan años trabajando con el grafeno, creen que sus aplicaciones -en campos tan diversos como la electrónica, la telefonía móvil, la aeronáutica o los procesadores de hidrocarburos- no se harán esperar. "El principal problema es que aún no es posible disponer de cantidades suficientes para su fabricación a gran escala", dice.

"Existen diversas formas de fabricar el grafeno, aunque las dos principales en cuanto a que pueden realizarse a nivel industrial y sonviables económicamente, son sus variedades en polvo y en formato film o lámina", explica a Efe, Jesús de la Fuente, director de la empresa Graphenea Nanomaterials, una de las principales productoras de grafeno laminado

"El material en polvo que usa como materia prima el grafito y fabrican una treintena de empresas en el mundo, se emplea para trasmitir algunas propiedades del grafeno a otros materiales con los cuales es mezclado, como el composite para construcción, aunque sus propiedades no son tan buenas y conduce peor la electricidad", señala de la Fuente.

"Por su parte, el grafeno en lámina, que es el más puro y producen a nivel mundial sólo tres o cuatro empresas, entre ellas Graphenea, emplea como materia prima un gas que contiene carbono, como el metano en nuestro caso y es el que tiene aplicaciones tecnológicas más avanzadas", explica el director de Graphenea (www.graphenea.com).

"Este grafeno de alta pureza y que reúne las mejores propiedades, se utiliza para realizar ensayos de laboratorio, así como para fabricar electrodos de baterías, pantallas táctiles, células fotovoltaicas, dispositivos de electrónica digital y analógica de alta frecuencia, compuestos avanzados  para la industria aeronáutica o la alta competición de vela", señala De la Fuente.

"Por ejemplo, la empresa Nokia, uno de nuestros principales clientes, lo está aplicando en los prototipos de móviles y baterías que lanzará en los próximos años", destaca el experto.

Dado que el grafeno sigue siendo una sustancia costosa y difícil de fabricar, investigadores de todo el mundo buscan la manera de obtenerlo en grandes cantidades de forma económica y eficaz.

El último avance en esa dirección lo han dado expertos de los Institutos IPC PAS, en Varsovia (Polonia), e IRI, en Lille (Francia), que han desarrollado un método de bajo coste para la fabricación de láminas de grafeno de varias capas.

La gran ventaja de este nuevo método es que, a diferencia de los sistemas de fabricación actuales, que requieren un equipo costoso, especializado y complejos procedimientos, este proceso es sencillo y puede implementarse mediante un equipo disponible en muchos laboratorios: un limpiador ultrasónico capaz de separar estratos muy finos de grafito.

Mientras, las aplicaciones prácticas del también llamado "componente milagroso" van aumentando día a día.

Un dispositivo electrónico flexible y ultrasensible a la luz desarrollado y patentado por investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), en Cataluña (noreste de España), podrá aplicarse en pantallas de móvil flexibles, ordenadores que se podrán enrollar, cámaras de visión nocturna que harán fotografía y videos de calidad incluso sin luz, o parabrisas que aumentarán la luminosidad de la carretera por la noche.

LOS CHIPS GRAFÉNICOS DE PASADO MAÑANA

El chip del ICFO, desarrollado por los investigadores Frank Koppens yGerasimos Konstantatos, es considerado el primer dispositivo para productos de electrónica de consumo basado en el material más delgado y resistente que se conoce, el grafeno.

La clave de su invento ha consistido en situar una capa cristalina de esferas de diámetro inferior al milímetro que absorben la luz con gran eficiencia, sobre una lámina de grafeno, con lo cual se ha logrado superar el obstáculo que planteaba la baja capacidad de absorción de luz que tiene el 'material del futuro'.

Además, investigadores españoles han logrado visualizar una luz guiada con precisión nanométrica (a escala de milésimas de milímetro) en grafeno, demostrando lo que físicos habían anticipado: que se puede atrapar y manipular luz de manera muy eficiente usando "el material milagroso" como nueva plataforma para procesar información óptica y de detección ultra-sensible.

El estudio ha sido posible gracias a las colaboración entre el Instituto de Química-Física Rocasolano (IQFR-CSIC) de Madrid, el ICFO de Barcelona y el Centro nanoGUNE en San Sebastián.

"Esta capacidad para atrapar luz en volúmenes extraordinariamente pequeños podría alumbrar una nueva generación de nano-sensores con aplicaciones en medicina, biodetección, células solares, sensores de luz y procesadores de información cuántica", ha comentado el investigador Javier García de Abajo, líder del grupo del IQFR-CSIC.

Según este experto, "este resultado abre un nuevo campo de investigación y proporciona un camino viable para sintonizar luz de manera ultra-rápida, algo que no era posible hasta ahora".

Por su parte y de acuerdo a simulaciones informatizadas efectuadas por científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets, MIT, en Estados Unidos, la utilización de grafeno poroso como filtro podría separar la sal del agua entre dos y tres órdenes de magnitud más rápido que los métodos de filtrado convencionales de las desalinizadoras actuales.

Asimismo, el Ministerio de Defensa estadounidense financia a la Universidad de Princeton para que desarrolle diminutas hojas de grafeno que, añadidas al combustible de los motores de los aviones supersónicos, conseguirán optimizar su funcionamiento y reducir el consumo y la contaminación ambiental.

Según los ingenieros de Princeton, este desarrollo puede alumbrar el nacimiento de una nueva era en los motores de combustión de las aeronaves, permitiendo que los mismos aviones alcancen mayores velocidades y economicen recursos.

DESTACADOS:

* "A caballo entre un metal y un semiconductor, transparente, impermeable, duro y elástico, el grafeno se caracteriza por tener una sola capa de átomos de carbono colocados en una red hexagonal", explica el investigador Francisco Guinea, que colabora con la Universidad de Stanford, en Estados Unidos.

* "Existen diversas formas de fabricar el grafeno, aunque las dos principales en cuanto a que pueden realizarse a nivel industrial y son viables económicamente, sonsus variedades en polvo y en formato film o lámina", explica a Efe, Jesús de la Fuente, director de la empresa Graphenea Nanomaterials, una de las principales productoras de grafeno laminado.

* Un microchip "grafénico" desarrollado por Frank Koppens y Gerasimos Konstantatos, podrá aplicarse en pantallas de móvil flexibles, ordenadores enrollables, cámaras de visión nocturna que harán fotografías y videos de calidad aún sin luz, o parabrisas que aumentarán la luminosidad de la carretera por la noche.