Grafeno

Introducción

El grafeno es un estado alotrópico del carbono, es decir, uno de los modos en los cuales se organizan los átomos. Es una de las sutancias más innovadores; tiene infinidad de aplicaciones en todos los ámbitos de la tecnología y, hasta en la vida cotidiana; y esto siendo un material de sólo un átomo de grueso. Es la base de tres de los alótropos del carbono: el grafito, los fullerenos y los nanotubo.

En el 2010, el premio Nobel de física fue entregado a Andre Gueim y Konstantin Novosiolov por el descubrimiento revolucionario de dicho material.

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Estructura.

El grafeno es una molécula compuesta por carbono puro, en un patrón de celdas hexagonales, las pentagonales o heptagonales, son defectos. Ante la presencia de una celda pentagonal se arrugaría en forma cónica, al igual que con un heptágono daría forma de silla.

Anteriormente se usaba el término grafeno para definir a las capas de grafito, carbono u hojas de carbono, pero no es correcto usar el termino para una sola capa, ya que el grafeno es una estructura tridimensional. Debe ser usado solo cuando se trata de las reacciones, relaciones estructurales y propiedades de capas individuales, en este sentido ha sido definido como un hidrocarburo aromático  policíclico infitamente alternante de anillos de seis átomos de carbono .

Los átomos de carbono pueden ser de dos tipos de sólidos con propiedades muy diferentes, diamante y grafeno. La diferencia entre ambos está la forma de ordenación de sus átomos a nivel microscópico. El diamante forma una malla tridimensional entrelazada y compacta, lo que lo hace muy duro. El gafenos, más blando, se ordenan en hexágonos como los paneles de abeja muy fuertemente unidas por los laterales formando capas bidimensionales, como en la imagen, sin embargo los enlaces entre las capas adyacentes con más débiles por lo que se desliza fácilmente respecto a las otras.

Capas de grafeno que constituyen el gráfito

Lámina bidimensional de átomos de carbono

Propiedades

Es un material con una enorme potencialidad. Si fuéramos capaces de producirlo de forma eficiente y barata, en pocos años sería un habitual en la gran parte de los objetos de nuestra vida cotidiana.  Las principales propiedades de este material son:

- Conduce muy bien el calor: Esta cualidad de permitir el paso del calor a través de él es típica de los metales y muy poco vista en el resto, por ello, el grafeno es una excepción.

- Elasticidad: Tiene una gran elasticidad, por lo que se puede aplicar a muchas superficies, de las cuales aumentará su durabilidad ya que como es elástico tienes menos posibilidades de quebrar.

-Flexible: Al ser muy elástico, se puede moldear de diferentes maneras, lo que aumenta enormemente los campos en los que se utiliza.

-Conduce muy bien la electricidad: mucho más que materiales como el cobre, el usado por antonomasia. Ademas necesita una menor cantidad de electricidad para transportar energía que cualquiera de los materiales usado actualmente, por lo que, por ejemplo las baterías de los móviles durarían más.

- Dureza: se entiende como la cantidad de energía que es capaz de absorber antes de la rotura. La del grafeno es 200 veces mayor de la de otros materiales como el acero, casi como la del diamante, es decir es muy resistente al desgaste y soporta grandes pesos por ejemplo para atravesar una lámina con algo afilado es necesario un peso de cuatro toneladas.

-Reacciona químicamente con otras sustancias: Esto hace que sea posible su uso como base para formar nuevos materiales o poder introducir impurezas para modificar las propiedades originales.

-Gran densidad: Es muy denso, tanto que ni los átomos mas pequeños, helio, puedes atravesarlo, pero si deja paso al agua.

-Transparente y ligero: Por lo que nos permitiría hacer pantallas mucho más ligeras, unido a la flexibilidad, se podrían hacer pantallas plegables.

-Soporta bien la radiación ionizante: Tiene mucha resistencia a ser modificado por esta radiación , por lo que se puede usar en el campo sanitario, como en radioterapia,

-Efecto anti bacteriano: En el estudio del grafeno en organismos vivos se corroboró que las bacterias no crecen en el lo que le abre las puertas a la alimentación o en la bioquímica.

Obtención

Es un material realmente fácil de obtener, tanto es así que se puede encontrar en la mina de un lapiz, el problema es que se necesita puro. Para ello se han desarrollado diferente métodos de obtención

Grafeno en lámina: En un reactor CVD se introduce gas Carbono, se le aplica electricidad y se depositan los átomos en un sustrato metálico donde posteriormente se hacen láminas.

Limpiador ultrasónico: Se usa para aplicaciones costosas por su complejo proceso de obtención en laboratorio. El grafito está formado por diferentes estratos de grafeno, pero son difíciles de separar, para debilitar lo se oxida, con el oxido de grafito se coloca en el limpiador ultasónico y los ultrasonidos separaran las laminas de grafeno de 300 manómetros de espesor

Grafeno artificial: Es un nuevo material que es fabricado poniendo y moviendo moléculas de óxido de carbono sobre cobre, aunque es caro, permite su modificación de manera más cómoda ya que tiene mucha las pureza.

Una empresa muy importante española por su producción de grafeno es "Graphenea"

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Aplicaciones
Al ser un material tan versátil y tener esas propiedades tan interesantes, puede tener aplicaciones en cualquier campo desde electrónica, medicina, fotografía, alimentación... A continuación voy a enumerar algunos objetos que estén hechos con este material.

-Auriculares de alta calidad: Aunque parezca que el grafeno no tiene espacio en la industria de la música, estamos equivocados, Se han creado los primeros auriculares con una membrana fabricada con grafeno, mejorando la percepción y la experiencia del usuario.

- Tejidos humanos: Otro uso sería en el desarrollo de implantes artificiales. En particular la adaptación y resistencia permitirían que fuera usado en la creación de tejidos neuronales

-Procesadores de alta velocidad: Si en música y medicina se han visto avances, en electrónica ni iba a ser menos, la fabricación de circuitos integrados a 1.28 GHz , y podemos esperar para los próximos años unos más pequeños, veloces y flexibles.

-Mejores fotografías: También proporciona avances en el campo de la fotografía, imagina un sensor fotográfico, mil veces más sensible que los tradicionales CCD y CMOS, con este material sería posible debido a su alta conductividad eléctrica, el sensor seria capaz de captar las señales de forma más prolongada y por tanto mejoraría la nitidez.

- Mayor duración de las baterías: Como ya he mencionado antes se podría cambiar las baterías actuales de litio por grafeno, con 1 semana de duración que se carga en apenas media hora. Ademas las energías renovables pasaran a plano mas relevante, ya que entre otros, las placas solares recubiertas con este material serán más eficientes y ecológicas.

- Tratamiento de aguas: Debido a su alta densidad permeable al agua, se estudia su uso para la desalinización del agua de una forma más reducida y menos costosas.

-Industria alimentaria: Posibilitará la creación de envases más seguros o para recubrimiento de los muebles ya que impide el desarrollo de las bacterias en él.

-Industria del motor y los combustibles: Conseguirá que los dos sean más ecológicos y eficientes se especula que el pentágono ha invertido mucho dinero en esto.

- Industria automovilística: Su uso en el chasis de los vehículos  los haría mucho más resistentes y con esto el número de muertes en accidentes disminuiría de forma drástica. Por otra parte, los híbridos serían de mayor utilidad al aumentar la capacidad de las baterías.

-Industria del blindaje: Por su extrema dureza, ademas de su capacidad de moldeo y ligereza lo hace perfecto para esta tarea, chalecos antibalas, cascos, y muchos más elementos de protección.

-Pantallas de grafeno: Esto es un apuesta de futuro, ya que en unos años, cuando el grafeno se obtenga de forma más fácil y sencilla, saldrán al mercado pantallas de móviles mas económicas y mejores enérgicamente, pero lo destacable de estas, sería su flexibilidad, ya que serían como las de la imagen.



Problemas 
El grafeno, material del futuro que destaca por ser increíblemente ligero, fuerte, flexible y conductivo, tanto en calor como en electricidad, sustancia de propiedades casi mágicas y en el que depositan las esperanzas de los fabricantes para un futuro cercano, resulta que podria ser dañina para el medio ambiente y los humanos.


Investigadores de universidad de Brown y de California alertan de los peligros, dicen que el oxido de este material, residuo al contacto con el aire, se mueve por el agua, También hablan de los bordes dentados del material y la toxicidad del material a las celulas humanas.