¿QUE ES EL GRAFENO?
El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con
átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal similar al grafito,
pero en una hoja de un átomo de espesor. Es muy ligero, una lámina de 1
metro cuadrado pesa tan sólo 0,77 miligramos.
El
grafeno es una hoja plana compuesta por una sola capa de átomos de
carbono arreglados en forma hexagonal (estructura tipo panal de abeja).
Estos átomos están unidos entre sí con enlaces químicos covalentes
formados por electrones compartidos y además tienen electrones “libres”
flotando sobre la hoja de grafeno. El grafeno es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano (como panal de abeja) formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.
El Premio Nobel de Física de 2010 se le otorgó a Andre Geim y a Konstantin Novoselov por sus revolucionarios descubrimientos acerca del material bidimensional grafeno.1 2
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La competencia global por el grafeno, el material del futuro |
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| se a denominado al grafeno parte del nuevo liberalismo |
¿DONDE SE OBTIENE?
se obtiene a partir del carbón, por lo cual u obtensión es indefinida, y de muy fácil alcance para los científicos.
La producción de grafeno en cantidades pequeñas es un proceso sencillo.
Hay laboratorios en todo el mundo en donde se produce grafeno.
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.
El
siguiente gran reto en la historia de este mineral es la búsqueda de un
método de obtención que supere esta barrera. Diversos equipos de
científicos en todo el mundo dedican sus esfuerzos a este fin y aunque
los resultados obtenidos son prometedores, aún queda camino por
recorrer.
¿CUALES SON SUS APLICACIONES?
- El grafeno posee unas cualidades nunca encontradas antes en otro material: conduce la electricidad mucho mejor que el cobre, es entre 100 y 300 veces más resistente que el acero y además es muy flexible.
El grafeno podría transformar deportes como el tenis. La firma HEAD trabaja en aplicarlo a la fabricación de raquetas para poner el peso donde realmente importa, en la cabeza de la raqueta y el mango.
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Científicos del MIT están aplicando este material para crear un filtro capaz de convertir el agua salada en potable de forma rápida, fiable y barata
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Podría aplicarse a pantallas táctiles, lo cual permitiría fabricarlas de plástico en lugar de cristal. Es decir, la promesa de pantallas táctiles, flexibles e irrompibles estaría más cerca.
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¿CUALES SON SUS BENEFICIOS?
Beneficios del estudio del grafeno
El estudio del grafeno y el desarrollo de sus aplicaciones
van a beneficiar a la sociedad en general, pues se pronostica que su
uso permitirá mejorar muchos de los dispositivos que conocemos ahora,
además de la creación de otros nuevos, por ejemplo, computadoras todavía
más pequeñas y poderosas que las actuales. El grafeno también permitirá
desarrollar materiales más ligeros y resistentes.
Actualmente se están desarrollando aplicaciones de grafeno
para su uso en dispositivos “verdes”: por ejemplo, el uso de grafeno
como conductor es más favorable con el ambiente al reemplazar metales u
otros elementos pesados, o escasos, con carbono. Además, los
dispositivos a base de grafeno podrán también ser más eficientes, por lo
que gastarían menos energía. Igualmente al usar grafeno para tener
materiales más ligeros y resistentes se reducen costos de transporte y
gasto de combustibles. Se ha propuesto también usar grafeno para mejorar
las baterías de litio actuales, lo cual aumentaría la factibilidad de
tener autos eléctricos. Por esto se predice que el grafeno también
tendrá un impacto ambiental favorable, al igual que otros
nanomateriales.
Al fomentar su estudio y desarrollo de aplicaciones existe
la posibilidad de crear nuevas industrias, con todos los beneficios
socioeconómicos que ello implica. Aquellas empresas internacionales y
naciones que logren posicionarse comercialmente en producción de grafeno
y de dispositivos o materiales basados en el mismo crearán empleos y
aumentarán exportaciones.
(podría ayudar a la limpieza de los grandes desastres medioambientales.)
¿CUÁLES SON LA CONSECUENCIAS MEDIOAMBIENTALES DE USAR GRAFENO?
La producción sostenible de energía, incluyendo su producción,
almacenamiento, gestión y consumo, están siendo objeto de una creciente
atención debido al impacto negativo del consumo de combustibles fósiles.
De entre todas las tecnologías necesarias para una mayor implementación
de las renovables la más crítica es probablemente la de su
almacenamiento, ya que las tecnologías actuales no alcanzan los
requisitos deseables.
En concreto, las tecnologías electroquímicas como las baterías o los
supercondensadores necesitan combinar una mayor densidad de energía y
una alta densidad de potencia. Las líneas de investigación más
importante para ello buscan mejorar los materiales de electrodo y los
electrolitos. Y entre los materiales de electrodo el grafeno es uno de
los más prometedores.
El grafeno es una monocapa de carbones sp2 ordenados
hexagonalmente. Tiene una alta conductividad eléctrica intrínseca, una
excelente conductividad térmica, una alta área superficial específica,
una gran transmitancia óptica y una alta dureza mecánica. 2 Sin embargo, las propiedades dependen fuertemente del método de síntesis usado.
Los métodos químicos sintéticos que se han propuesto hasta la
actualidad para la producción del grafeno a partir de grafito producen
en la mayoría de los casos defectos superficiales que deterioran las
propiedades eléctricas del grafeno, además de usar procesos que no son
medioambientalmente benignos. Por su parte, los métodos electroquímicos
posibilitan una producción potencialmente más rápida, controlable y
barata, pero han sido comparativamente poco estudiados des de la primera
exfoliación electroquímica del grafito reportada por Liu et al. 3
En ese primer estudio se usó un método directo y sencillo para
producir grafenos a partir de grafito en mezclas de líquido iónico
(IL)/agua en las que los radicales hidroxilo y oxígeno producidos por
oxidación anódica del agua empiezan la oxidación del grafito en sus
escalones, facilitando a su vez la intercalación de aniones procedentes
del líquido iónico. La alta constante dieléctrica del IL impide las
interacciones de van der Waals entre capas que inducen el agrupamiento
de grafenos y dan lugar a grafenos con propiedades eléctricas sin
deteriorar.4 Estudios más recientes han obtenido grafeno por
exfoliación electroquímica de grafito pirolítico altamente orientado
(HOPG) en medio acuoso ácido,5 permitiendo vislumbrar una reducción drástica de costes en estos procesos.
