Grafeno: El material de Dios

Se podría decir que la piel de los dioses está bendecida con este nuevo material que irrumpe con fuerza en las tecnologías del siglo 21. Sus propiedades son innumerables y sus asombrosas capacidades. Esta forma especial del carbono promete un punto de inflexión en el mundo del futuro y convertirse en el pan nuestro de cada día en la tecnificada sociedad occidental. Pronto dejaremos atrás el dominio del silicio para entrar en la epoca dorada del carbono gracias a la variante llamada grafeno. Esta será tu biblia para saberlo todo sobre este exótico y definitivo material.

Las páginas de ciencia gotean cada vez con mayor profusión todo tipo de noticias relacionadas en el grafeno, un material sorprendente que parece ser capaz de sustituir a viejos conocidos de la tecnología y aumentar sus capacidades hasta límites increíbles. Esta sustancia casa idealmente con otra palabra de futuro: la nanotecnología. Gracias a ella, el grafeno se convertirá en un producto con múltiples aplicaciones que generará incontables beneficios para la sociedad. Aún se encuentra en fases iniciales de experimentación porque resulta complicado fabricarlo debido a su peculiar estructura pero las expectativas son elevadas y las esperanzas muchas. Vamos a conocer en profundidad la historia, características y posibilidades de este fascinante material.

El carbono forma parte indisoluble de nuestra propia existencia

HISTORIA

El carbono tiene la culpa de que exista la vida. Sólo por esto ya deberíamos asombrarnos por sus extraordinarias características. Pero esta es sólo una cara de las muchas que tiene este elemento fundamental de la tabla periódica. Dependiendo de cómo se distribuyan los átomos y formen diferentes estructuras, obtendremos resultados portentosos en cuanto a las peculiaridades que presenta el material. Si lo sometemos a enormes presiones y altas temperaturas, conseguimos diamantes. Si los átomos se unen en láminas planas, formando un panal de abejas hexagonal con un átomo en cada vértice y situamos muchos panales uno sobre otro, se tiene grafito (su uso más popular son las minas de los lápices).

Si se enrolla una porción de una de esas láminas en forma de esfera, como un balón de fútbol, se producen fullerenos, unas moléculas de tan gran interés que a sus descubridores se les concedió el Nobel de Química del año 1996. Finalmente, si se enrolla una lámina de esas en forma de cilindro, lo que obtenemos son los famosos nanotubos de carbono. El grafeno sería una de esas láminas extendida, con un espesor de sólo un átomo, siendo casi bidimensional, como una hoja de papel infinitamente delgada.

El jovencísimo Kostya quedará para la posteridad como el padre del grafeno

La juventud del descubrimiento de este nuevo material es impactante. Apenas hace 5 años que aparecieron los primeros estudios en la revista Science por parte de un grupo de Manchester y otro ruso, el del Dr. Kostya Novoselov, del Instituto para la Tecnología de la Microelectrónica en Chernogolovka, Rusia. En el año 2005, junto con otros investigadores holandeses e, independientemente, Philip Kim y sus colaboradores de Columbia University, exploraron algunas de las propiedades electrónicas del grafeno y lo más actual es un artículo, enviado a publicar a la revista Physical Review Letters, así como una excelente y recentísima revisión en la revista Nature Material, sobre la consecución práctica de fabricación de las membranas de grafeno de un átomo de espesor, con aplicaciones prácticas muy diversas.

El efecto Hall generador por el grafeno le hace ser un excelente semiconductor

– El grafeno, actuando como semiconductor estable y bidimensional permite que los electrones se muevan libremente por el camino que más convenga, no ceñidos a un camino recto como en los transistores convencionales basados en las capacidades semiconductoras del silicio, que es empleado para crear pequeñísimos tubos por donde fluye la corriente eléctrica. Además, al contrario que en otros sistemas bidimensionales que tengan pequeñas impurezas, en el grafeno los electrones no se pueden quedar aislados en zonas donde no puedan salir.

En resumen, el grafeno es un semiconductor que puede operar a escala nanométrica y a temperatura ambiente, con propiedades que ningún otro semiconductor ofrece y todo apunta a que se podrán crear nuevos miniaturizados dispositivos electrónicos insospechados con este material, pudiéndonos acercar rápidamente a la prometedora computación cuántica, por lo que, previsiblemente toda la humanidad se verá favorablemente afectada. Aunque la realidad de sus aplicaciones no se evidenciará hasta que aparezcan los primeros productos comerciales, su importancia es ya enorme en la física fundamental porque gracias al nuevo material los fenómenos relativísticos cuánticos, algunos de ellos no observables en la física de alta energía, pueden ahora reproducirse y probarse en experimentos de laboratorio relativamente sencillos.

Su peculiar estructura desafía las leyes de la física

USOS

•    Blindaje

Para que podamos hacernos una idea de la dureza del grafeno, Jaffrey Kysar y James Hone, propusieron una curiosa analogía. Comparó las pruebas realizadas por su equipo  con poner una cubierta de plástico sobre una taza de café y medir la fuerza que requeriría pinchar esa cubierta con un lapicero. Pues bien, según explicó Hone, si en lugar de plástico lo que se pusiera sobre la taza de café fuera una lámina de grafeno, después situáramos encima un lápiz, y en lo alto de éste colocáramos un automóvil que se sostuviera en equilibrio sobre él, la lámina de grafeno ni se inmutaría. Se puede decir, sin duda, que el grafeno es el material más duro del mundo.

SI colocamos un coche encima de la punta, no sería capaz de atravesar una lámina de grafeno

•    Informática

La industria de semiconductores –uno de los campos donde el material parece ser más prometedor–, que tiene la intención de construir ordenadores mucho más rápidos que los actuales mediante el desarrollo de microprocesadores con transistores de grafeno, no cabe de júbilo con los resultados de las investigaciones que se están haciendo con el grafeno. Precisamente uno de los principales impedimentos en la construcción de microprocesadores es la presión –según explica Julia Greer, investigadora del Instituto Tecnológico de California (Caltech)–, y los materiales usados para fabricar los transistores no sólo deben tener excelentes propiedades eléctricas, “sino que también deben ser capaces de sobrevivir a la tensión a que se ven sometidos durante el proceso de fabricación y al calentamiento generado por repetidas operaciones. El proceso utilizado para estampar conexiones eléctricas metálicas en los microprocesadores, por ejemplo, ejerce una tensión que puede provocar el fallo de los chips.”

Greer concluye que “el calor es demasiado para que los materiales lo soporten”. Pero  tras las pruebas realizadas sobre la resistencia del grafeno, parece quedar demostrado que éste es capaz de soportarlo.

Los chips de grafeno se encuentran a la vuelta de la esquina

El español Tomás Palacios, profesor del MIT, ha conseguido fabricar transistores de grafeno 10 veces más rápidos que los de silicio. Los chips del revolucionario material, de un átomo de espesor, podrían alcanzar velocidades de 1.000 GHz. Esto demuestra lo cerca que está de desbancar al elemento clásico de la era de la información.

También se crearán discos duros del mismo tamaño de los de hoy día, pero capaces de almacenar 1.000 veces mas información. Científicos del Leibniz Institute for Solid State and Materials Research en Dresden, Alemania, acaban de inventar una novedosa técnica en donde es posible utilizar la estructura intrínseca del grafeno, para necesitar en el orden de 1.000 veces menos átomos para mantener una estructura lo suficientemente resistente como para aguantar los constantes cambios electromagnéticos requeridos para escribir y leer información.

También le llegará el turno a los discos duros

•    Electrónica

Una startup en Jessup, Maryland, espera poder lanzar al mercado este año uno de los primeros productos basado en el grafeno. Vorbeck Materials está fabricando tintas conductoras basadas en el grafeno y que pueden ser utilizadas para imprimir antenas RFID (identificación por radiofrecuencia, por sus siglas en inglés) y contactos eléctricos para pantallas flexibles. La compañía, que se aprovecha del bajo coste de las tintas de grafeno, posee un acuerdo con el gigante de productos químicos alemán BASF para lanzar al mercado este producto en breve. Será la prueba definitiva de que el grafeno es un material del presente.

Se fabricarán contactos eléctricos para pantallas flexibles

•    Aviónica

El Pentágono ha asignado tres millones de dólares a la Universidad de Princeton para que desarrolle diminutas hojas de grafeno que, añadidas al combustible empleado en los motores de los aviones supersónicos, consigan una optimización en su funcionamiento y una reducción en el consumo y la contaminación ambiental. Según los científicos, este desarrollo puede alumbrar el nacimiento de una nueva era en los motores de combustión de las aeronaves. Los aditivos de combustible fabricados con partículas minúsculas de grafeno podrían lograr que los aviones supersónicos vuelen aún más rápido y que sus motores lleguen a contar con mejores condiciones de eficiencia y protección de la sostenibilidad ambiental.

Los aviones supersónicos optimizarán el combustible con aditivos de grafeno

•    Investigación

¿Te suena de algo el acelerador de partículas del CERN? El complejo, que ocupa kilómetros cuadrados cerca de Ginebra (Suiza), sirve para explorar el mundo de lo infinitamente pequeño para buscar los elementos fundamentales de la materia. Los físicos están tratando de usar el grafeno para fabricar una especie de acelerador en miniatura. "En un fragmento de grafeno de un único centímetro cuadrado es posible realizar muchos de los experimentos que hasta ahora requerían laboratorios como el del CERN". Si se convierte en realidad, los científicos podrían buscar el Bosón de Higgs, una partícula elemental hipotética, que aún no ha sido observada, y conocida como la partícula Dios, en un laboratorio que cabe en la yema del dedo.

El majestuoso LHC se podría reducir a un dispositivo del tamaño de una manzana

•    Energía

Los investigadores ven una amplia variedad de aplicaciones para el papel de óxido de grafeno, incluyendo su uso en membranas con permeabilidad controlada, y para las baterías o ultracondensadores destinados a usos en el ámbito energético. Estos dispositivos de almacenamiento de energía podrían ayudar al almacenar brotes repentinos de energía, por tanto, supondría una ayuda para aprovechar el irregular suministro por parte de las fuentes “verdes”.Esto revolucionará el concepto de energía renovable y la elevará a unas cotas de eficiencia nunca vistas.

Como vemos, la promesa de una nueva era basada en el carbono (y no en el silicio) se acerca a marchas forzadas. En un plazo medio, nos podemos ver inundados de dispositivos, mecanismos y tecnologías basadas en el grafeno, con unos rendimientos varios órdenes de magnitud por encima de lo que estamos acostumbrados ahora.

Los dioses se visten de carbono y pronto nos regalarán un desfile por la pasarela de las maravillas tecnológicas.

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59 Comments

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    • asi es, la neta cadavex me sorprende mas hasta donde puede llegar la ciencia
      y como dice una frace "se encuentra a Dios detras de cada puerta que la ciencia logra abrir"
      despues de esto que sigue, star trek?

    • La pega es que producir este material en cantidades abundantes que sustituya un material en concreto, es necesario 100 veces más energía. Aquí habrá una discusión sin evolución tecnológica o ecologismo, en mi opinión se puede tener avance tecnológico sin sacrificar el ecologismo, pero hay que cambiar la mentalidad de la gente. Pero este es otro tema.

      • mmmm…. buen punto, primero nuestro planeta, porque si es cierto lo que tu dices no tendría ningún sentido trabajar con ese material ya que el balance energético daría resultados menos eficientes que los materiales con que se esta trabajando hoy en día.

  1. aun estamos en pañales con el estudio de esta tecnologia como para aseverar los beneficios reales que a futuro traera, no es pesimismo simplemente es cautela ante los resultados reales que arroje refiriendome a la aplicacion comercial y cotidiana hacia el consumidor final. en donde esperemos que el factor costo-beneficio sea el veredicto que justifique el empleo del grafeno para nuestras necesidades.

    recordemos que actualmente existen tecnologias que aun falta por desarrollar mas su potencial como los paneles solares, potabilizacion de agua salada de los mares, etc. que dado a sus altisimos costes de fabricacion, implantacion y operacion no han acabado de convencer frente a las ya existentes. esperemos que el grafeno no caiga en este apartado.

  2. Una pequeña duda que a alguno le puede parecer una tontería:

    Qué es más abundante en la Tierra, ¿carbono o silicio?
    ¿Coste para producir el silicio de nuestros equipos actuales Vs posible coste para crear grafeno?

    Un saludo!!

    • el carbono tiene masa atomica 6 y el silicio cerca del triple. el carbono se forma cuando una estrella se convierte en enana blanca, el silicio en colisiones y explosiones atomicas por fusion.
      es muy OBBIIOO que el carbono es mas abundante.

    • El carbono. Si no haz la comparativa de precios entre lápiz y un chip. Igualmente los combustibles fósiles llevan carbono, el CO2 es carbono y oxígeno, la pasta se basa en hidratos de carbono, que es el mismo, solo cambia la formula empírica.

    • los dos son muy abundantes, pero el silicio se encuentra en practicamente todos lados (piedra, tierra, arena, etc), toda la superficie del planeta (tambien la submarina) contiene algo de silicio.

      segun wikipedia es el segundo elemento mas abundante en la corteza terrestre despues del oxigeno.

      • Gracias por tu respuesta, bueno… gracias a todos por sus respuestas 😀
        La verdad que si hubiese estado a punta de pistola, habría respondido que el carbono 😛
        Pero como me refería en mi pregunta, la duda era la abundancia respecto al planeta, no respecto al universo.

        Si es verdad eso que dices, menuda lección a todos 😀

        Un saludo!

      • igual es mas barato obtener carbono porque el silicio se encuentra mezclado con otros materiales como magnesio o calcio y el carbono se obtiene al quemar materia organica, por ejemplo, que se toma el trabajo se separarlo de la tierra.

      • Gracias masterjedi por dar ese enfoque a la cuestión del costo.
        Perdona tonga, posteé como respuesta tuya porque la página no me deja responder a masterjedi.

        offtopic: Me estoy empezando a dar miedo a mí mismo, nunca he escrito tantos comentarios en un post. Debe dolerle la vista a algunos de ver tanto mi nick.

  3. Osea, en el futuro, andarán botados en el suelo, cosas pequeñas, que ahora representan los típicos tratos de basura.
    Hoy en día, tecnología me suena a consumo y escombros.
    Por que, lo que hoy es novedad y avance… Mañana es basura, que no saben como reciclar.
    Y eso que no soy ecologista ni nada de eso… Nadie se hace cargo de desintegrar lo que se ha fabricado con tanto apremio. O devolverlo a la naturaleza tal cual lo recogieron.

    • tienes muchisima razón, llevo cerca de 9 años pensando en una solución. La más fácil es la separación de desechos y el reciclaje… no resuelve todo el problema pero desahoga cerca del 30% de la basura y muchisimos contaminantes nocivos.

      La más dificil consiste en nanorobots explorando el globo terraqueo buscando basura, llevarla a centrales y ahi es descompuesta a los más básicos componentes para poderlos reutilizar usando la misma ingenieria, ensamblando molecularmente los compuestos y creando desde un juguete (no tóxico) hasta una nave espacial, combustible o computadoras.

      • Lo más facil y barato , es llenar un cohete y pal Sol como el que no quiere la cosa.

        El Sol lo puede descomponer rapidamente al tratarse de una mota de polvo en comparación con su tamaño (dentro del Sol caben alrededor de 1 millón y medio de planetas como la Tierra) así que unas cuantas toneladas, no creo ni que lleguen a traspasar su Halo de calor.

        Pero claro eso hay que pagarlo y sale más barato contratar a Indues para hacer la faena sucia.

      • a Nalius

        Recuerda que la materia no se crea ni se destruye… enviar "basura" al sol seria botar los preciados recursos que poco a poco estaríamos agotando. Lo mas lógico es Reciclar, y para eso debemos empezar a enseriarnos y ver lo que esta pasando…

        Excelente artículo!!!! Xb

    • Estas mal, dices que todo en el futuro andará por los suelos…..la tecnología no tiene la culpa de la mala educación de las personas en cuanto al trato de la basura pero recuerda que todo lo que vino de la naturaleza, a la naturaleza regresará.

      • Hola Martinsoft. Perdona por el offtopic, pero me suena que a tí te solían dar muchos puntos negativos. Lo digo porque acabo de fijarme que me estrené en el tema 😀

        Por curiosidad, ¿cuál fue la mayor puntuación que alcanzaste? (o menor, según semire)
        Me hace ilusión ver si puedo llegar 😛

        Un saludo!

    • Hola, yo también me hago la misma pregunta. Será que en esta página se van recogiendo las distintas posibles alternativas. Que no quiere decir que se sepa cual será la predominante en el futuro, no somos adivinos 😛

      Por otra parte, me supongo que para el perfil de personas que visitan esta página, este tipo de post puede atraer bastantes visitas y posibles comentarios 😀
      A más visitas y comentarios, más pasta ganan. Lo malo es que este tipo de noticias de nuevos materiales con posibilidad de sustituir la teconología actual acabe siendo muy repetitivo, aunque personalmente, me gusta conocer las características de las nuevas cosas que van saliendo.

      Un saludo!!

      • Hola, veo que tengo fans 😀
        Está curioso esto, contesté más o menos lo mismo que Max Ferzzola y me han puesto 4 puntos negativos de momento y a él 5 positivos. Buen criterio el de mis fans 😀

        Que conste que me pueden dar toda la puntuación negativa que quieran que seguiré comentando cuando me dé la gana 😉 es más, si les apetece háganlo mucho. Y si no son lo suficientemente cobardes, den argumentos de por qué no les parece adecuada mi respuesta y aceptaré mis posibles errores en caso de estar de acuerdo.

        Un saludo!!

    • En NeoTeo se van informando de las alternativas. Puede ser un material, dos o tres los que reemplacen al silicio, o ninguno de los que aquí hemos cubierto. ¿Quién puede saberlo? Mientras, nosotros cubrimos las alternativas. Y no veo nada de malo con eso. ¿O acaso quieres que apostemos por uno? ;D

  4. Si el grafeno es tan resistente como dice, significará que finalmente será factible construir el ascensor espacial "inventado" por Arthur C. Clarke en su novela "Fuentes del Paraíso"?

  5. *-* yo quiero *-*

    exelente noticia

    aun me quedna muuuuuuchos años para vivir esto jajaja

    gracias a (inserte su dios/objeto/signo aqui) q asi es.

    me empieso a imaginar todas las posibilidades de ello (baba*)

    gracias por la info

  6. ORGASMICA LA NOTA !!!!!! se ve que kir la hizo con amor y esmero….

    Pues es genial lo que acabo de leer, me ha emocionado mucho en inclusive saber que viviré para contarlo y como siempre la informática es la que se lleva la parte mas grande del pastel por sus propiedades (¡¡¡su efecto juole es menor!!!) y su fácil manejo en fabricación, lo que me sorprende mas aún es que este grandioso material su primer uso no haya sido destinado para la guerra y convertirla en arma (a excepción de los aviones supersónicos) eso ya es un progreso.

    En cuanto al ambiente es excelente ya que como es un material natural pues no creo que haya problema pero me pregunto ¿cuanto tarda el grafeno en degradarse?.

    Pienso que sus utilización industrial se verá en unos 5 años (le calculo) pero si los científicos se ponen las pilas y empresarios le ven el visto bueno y les convence creo que será en menos años ya es un gran salto con el producto de ASUS.

    Señores, estamos entrando en una era tecnológica una nueva era en la que veremos cambios radicales en nuestro estilo de vida, en donde lo impensable será hecho realidad, donde la ciencia está alcanzando limites que jamas pensamos y todo por el elemento responsable de la vida.

    La vida se basa en carbono, la existencia del universo y la tecnología……igual.

    OJO AL EDITOR…..
    FALTARON LOS USOS EN LA MEDICINA.

      • si igual yo pero… date cuenta vivimos el APOGEO Y DECLIVE y estamos presenciando el NACIMIENTO Y APOGEO del grafeno a mis 16 estoy orgulloso de vivir eventos importantes en el mundo, al menos se que de viejo tendré mucho que contarle a mis nietos y bisnietos.

  7. Concuerdo con Martinsoft; sería interesante incluír más adelante si es que exísten, los usos que podríatener el grafeno en la medicina pero igual felicidades por el post, muy bueno!

  8. Muy buena la nota, esperemos que cumple realmente con todas esas espectativas, y llegue al alcance de nuestras manos.
    PD: Alguien sabe si es cierto que se ha encontrado un monopolo magnético? Si es cierto… porfavor, una nota sobre el tema!!

  9. Lei una vez que una investigadora había hecho un experimento y encontrado relación entre el grafeno (o era el fulereno?) y cancer en unos animales (ratones si mal no recuerdo) Tienen información al respecto? La verdad no recuerdo la fuente y espero que solo haya sido una mala lectura en un día de sueño 😛

  10. Por ahí hay algo sobre la aplicación del grafeno en la secuenciación del ADN, osea, conocer el orden "letra por letra" de los eslabones de las cadenas con lo que hacer ese reconocimiento (secuenciación) sería más práctico.

  11. Yo soñe con esto en mi sueño con este material fabricaban una membrana equiparable al cerebro humano con impulsos electronicos y memoria para dar vida a robots o andoroides, yo no se nada de esto soy abogado pero cuando lo vi en la tele me recordo mi sueño y me puse a buscar informacion de hecho no me late ni poner este comentario. d__m__n@hotmail.com

  12. Sea come sea Microsoft encontrará la forma de hacer que un superprocesador de 1000ghz de grafeno vaya con el sistema operativo a cuestas como hicieron con windows vista, jejejejejejejejejeje.

  13. El grafeno realmente existe, y es bien llamado y reconocido.. el hombre cada día evoluciona física, mental y espiritualmente, no sé exactamente las ventajas o desventajas del descubrimiento de este material se especula mucho pero si, sus propiedades son asombrosas y promete mucho, ojala la humanidad pueda hacer un buen uso de el y no realizar una serie de atrocidades ya que generalmente se quieren encaminar buenos descubrimientos a acciones bélicas lo cual siempre sera reprobable…Dios es evolución..

  14. me sorprende la idea de este nuevo avance de la ciencia y el desplazamiento de la tengnologia que tenemos como parte de nuestro diario vivir,sierto es que la ciencia no pregunta ni pide permiso para hacer sus cambios e imposible es tratar de detener sus pasos.

  15. Todo el mundo habla de sus maravillosas propiedades, pero como se recicla? Cual es su vida de reabsorción por la Naturaleza? Tendremos en el futuro basureros con basura indestructible?

  16. El futuro esta aqui, no has oido del tiempo de degradacion del plastico?.

    Por que siempre tienen que poner ese tipo de comentarios tan “humanitarios”?.

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