¿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. Este
descubrimiento no fue baladí, pues gracias a él obtuvieron el Premio
Nobel en 2010.
Utilidad del Grafeno
Para
poder hacernos una idea de en cuántos campos distintos puede aplicarse
el grafeno, es necesario echar un vistazo a nuestro alrededor y ver todo
lo que nos rodea. Ordenadores, coches, teléfonos móviles y equipos de música son, por mencionar sólo algunos de ellos, cosas que encontramos frecuentemente en nuestra vida cotidiana en las que el grafeno se podría llegar a aplicar.
Por
sus propiedades, el grafeno puede servir como material en la
fabricación de aviones, satélites espaciales o automóviles, haciéndolos
más seguros. También en la construcción de edificios, pues los
convertiría en más resistentes.
Pero, sobre todo, destacan sus aplicaciones en el campo de la electrónica, donde a través de su capacidad para almacenar energía puede dotar a las baterías de una mayor duración y un menor tiempo de carga,
establecer conexiones más rápidas e incluso contribuir a mejorar el
medio ambiente sustituyendo a materiales contaminantes que hoy en día
nos vemos obligados a utilizar.
No hay que olvidar su relevancia
en el ámbito de la salud. Las prótesis de grafeno podrían sustituir a
las actuales, de diversos materiales. O incluso se podría aplicar para
mejorar el tratamiento de algunas enfermedades.
Por todo esto, no
es de extrañar que se diga que su utilidad es prácticamente ilimitada y
que las barreras a su aplicación únicamente son las de la imaginación
humana.
¿Cómo es el material del Grafeno?
El
grafeno es un material que combina una gran cantidad de propiedades que
no se dan juntas en cualquier otro compuesto. ¿Qué significa esto? Que
es capaz de mejorar por completo las condiciones de cualquier superficie
donde se aplique.
Y es que es un material muy duro, resistente, flexible y muy ligero;
lo que permite moldearlo según las necesidades de cada caso. Conduce
muy bien tanto el calor como la electricidad; y permanece en condiciones
muy estables cuando se le somete a grandes presiones.
Su futuro
en terrenos como la medicina se presenta realmente prometedor. ¿Un
ejemplo de en qué se podría usar? En las máquinas con las que se
realizan las radiografías. Éstas funcionan mediante radiaciones
ionizantes, unas formas de energía que hacen que los materiales que se
encuentran a su alrededor se desgasten muy pronto. Pues bien, el grafeno
ofrecería una duración casi infinita, por lo que la inversión que
habría que realizar en la adquisición del material sería, a la larga,
mucho menor.
Pero además, el grafeno es capaz de generar electricidad a través de la energía solar,
lo que le convierte en un material muy prometedor en el campo de las
energías limpias. Para que te hagas una idea de su potencial, si se
construyeran con grafeno las placas solares, podrían generar varias
veces más energía por hora que las actuales. ¿Será este material una de
las herramientas necesarias para superar la crisis energética que
previsiblemente se desatará cuando se agoten las reservas de petróleo?
¿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. ¿En qué se diferencian?
• Grafeno en lámina:
es de alta calidad y se emplea en campos como la electrónica, la
informática o incluso la aeronáutica, donde se requiere un material muy
resistente. Su producción es actualmente muy costosa.
• Grafeno en polvo:
se usa en aquellos ámbitos que no requieren de un material de alta
calidad. Su proceso de obtención es más barato y permite una mayor
producción del producto, pero renunciando a parte de sus propiedades.
Las 10 Propiedades del Grafeno
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.
A continuación, te explicamos las principales propiedades con las que cuenta el 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.
Los 10 Usos y Aplicaciones del Grafeno
Como ya hemos
comentado anteriormente, dadas sus numerosas propiedades, los ámbitos de
aplicación del grafeno son prácticamente ilimitados y ya hay una
multitud de empresas que están investigando sus posibilidades. ¿Qué
significa esto? Que en pocos años podremos ver en el mercado gran
cantidad de dispositivos compuestos total o parcialmente de grafeno.
Ahora
bien, se puede realizar una estimación de cuáles serían los principales
campos en los que este material podría aplicarse. Y, en todos ellos,
sería revolucionario.
1. Electrónica2. Informática3. Telefonía móvil4. Sector energético5. Industria del blindaje6. Industria automovilística7. Industria del motor y los combustibles8. Industria alimentaria9. Tratamiento de aguas10. Desarrollo de la ciencia
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.
En resumen,
pese a que el grafeno aún se encuentra en fase de estudio y no se
conocen todas las oportunidades que ofrece, se prevé que las
posibilidades de su utilización afectarán a prácticamente todos los
campos conocidos sustituyendo a gran parte de los materiales empleados
hoy en día.
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.
¿Por qué Invertir en Grafeno?
En los puntos anteriores hemos
podido comprobar el impacto que el grafeno podrá tener en la sociedad
dentro de unos años, estando presente en gran cantidad de sectores y
posiblemente convirtiéndose en el material de referencia sobre el que se
desarrollen los nuevos dispositivos electrónicos.
Hace unos cuantos años, cuando comenzó la revolución de la era informática, se confirmó que aquellas personas que confiaron en empresas como Apple o Microsoft dieron en el blanco apostando por las nuevas tecnologías. Y ahora podría ser el comienzo de un proceso de las mismas características.
Numerosas empresas como IBM o Samsung, ya trabajan en proyectos basados en el grafeno; y desde organismos oficiales se potencia los estudios que aceleren la utilización comercial del mismo, como es el caso de los 1.000 millones que la Unión Europea ha decidido destinar al desarrollo de este material como alternativa real a los ya existentes.
A pesar de que
parece tenerlo todo a su favor como una buena inversión de futuro,
existen determinados sectores que consideran que aún es demasiado pronto
como para comenzar a apostar por él.
El silicio continúa siendo el material de referencia en el sector informático y electrónico y el hecho de que el grafeno se encuentre aún en fase experimental,
con pocas empresas a nivel internacional que se dediquen a su
producción. Por otra parte, la ausencia de un método de elaboración que
permita obtener grandes cantidades de grafeno de alta calidad es un
condicionante a tener en cuenta antes de invertir.
Actualmente,
existen pocas empresas dedicadas a la producción de este material,
encontrándose entre los principales productores tres empresas españolas,
Avanzare, Graphnanotech y Graphenea Nanomaterials, siendo esta última
una de las principales productoras de grafeno en lámina de alta calidad a
nivel mundial.
Por otro lado, la demanda de grafeno va aumentando considerablemente
a medida que llegan los descubrimientos sobre este material. Algunas
empresas como CANON, Nokia, IBM o Samsung ya han dado los primeros pasos
para el desarrollo de productos que tengan el grafeno como base.
Fuente: Infografeno
Fuente: Infografeno
