Grafeno “el material de Dios”

Sobre lápices y diamantes

En química, se entiende por alotropía, a la capacidad de un elemento para formar diferentes estructuras moleculares, es decir, organizar sus átomos en el espacio. 

El carbono, es un elemento con gran capacidad alotrópica, y es esto precisamente, lo que lo hace tan especial.

¿En que se parecen un lápiz y un diamante? Pues básicamente son lo mismo. Exactamente, carbono puro en formas alotrópicas distintas. 

Cuando los átomos de carbono a nivel atómico se organizan en láminas, se da lugar al grafito. 

La palabra grafito, proviene del griego “γραφειν”, “graphein”, que significa escribir, y es uno de los minerales más blandos que existen. 

En él, las fuerzas que unen los átomos son muy débiles, lo que hace que se desprenda al rozarlo con el papel.

En el otro extremo encontramos el Diamante, el mineral más duro conocido hasta hace muy poco. 

En esta ocasión, los átomos de carbono se encuentran unidos por enlaces mucho más fuertes, y se disponen geométricamente en una estructura conocida con el nombre de red cristalina, para lo que se hacen necesarias las altas temperaturas y presiones que se producen en el interior de la tierra.

Grafeno, el Material de Dios

Ahora que manejas el concepto de alotropía, profundicemos un poco más. 

El carbono muestra otras formas alotrópicas como son los nanotubos de carbono, los fullerenos, el carbono vítreo, o el grafeno.

De todas las variables del carbono es esta última, el Grafeno, la que tiene el papel protagonista. 

Y es que no en vano, esta sustancia se ha ganado el sobrenombre de “El material de Dios”. 

Los revolucionarios descubrimientos sobre sus propiedades, le valieron a Andréy Gueim y a Konstantín Novosiólov, el Premio Nobel de Física en el año 2010.

                             Grafeno, cortesía del Pacific Northwest National Laboratory (PNL)

El Grafeno es una sustancia bidimensional, con los átomos dispuestos en un patrón hexagonal.

De una forma más visual, podría describirse como una lámina plana de átomos de carbono dispuestos en forma de panal de abeja. 

Tiene una resistencia 200 veces superior a la del acero y es 6 veces más ligero, siendo uno de los materiales más fuertes y resistentes que se conocen. Su dureza se sobrepone incluso a la del diamante. 

Además de ser muy flexible y elástico, su densidad es tal, que impide a través de si, el paso de las moléculas de helio, — las más pequeñas que existen-, permitiendo no obstante el paso del agua. Pero sus bondades no acaban aquí.

El Grafeno posee una elevada conductividad térmica y eléctrica, es decir, una gran facultad de albergar calor, y permitir el paso de la electricidad. Dejando lo mejor para el final, presenta propiedades muy poco comunes, como las de generar electricidad al ser alcanzado por la luz, y auto-enfriarse. 

Pero, espera, si eres de los que no se impresionan fácilmente, aún hay más. Asimismo, el material de dios cuenta con la capacidad de la auto-reparación; y es que al verse alterado el grafeno, se crea en su estructura una especie de “agujero”, que atrae a los átomos de carbono vecinos para ocupar el lugar por donde se ha quebrado.

Sobre ascensores, preservativos y mucho más

Todas estas propiedades han abierto un sinfín de posibilidades alrededor del grafeno. 

Ideas que parecían sacadas de la ciencia ficción, pueden tornarse realidad en un futuro más o menos inmediato. 

De tal manera, en la industria aeroespacial se empieza a coquetear con la antigua idea de construir un ascensor que conecte la superficie del planeta con estaciones en el espacio.

Sectores como los de las telecomunicaciones y la informática, están empezando a centrar sus esfuerzos en el desarrollo de nuevas aplicaciones tecnológicas en base a las virtudes que ofrece el grafeno. 

Nuevas generaciones de microchips, pantallas que se enrollan, teléfonos flexibles e incluso papel electrónico son algunas de las líneas de investigación que empiezan a abrirse camino.

                                           Mosaico de Bill Gates, por Charis Tsevis

Tantas son las posibilidades, que incluso Bill Gates, ha tenido a bien el subvencionar una investigación encauzada a la fabricación de preservativos de grafeno, mucho más resistentes y placenteros, incluso quien sabe, por el precio que habrán de costar, a lo mejor hasta reciclables.

Pero sin duda, esto es el futuro. 

Hablemos de lo que se puede hacer hoy en dia, que no es poco. 

La industria militar, muy a la vanguardia de los avances de la ciencia, no ha tardado en encontrar el modo de sacarle partido. La idea ha sido fabricar chalecos antibalas, incluso armaduras de grafeno, que han revelado ser el doble de efectivas que el Kevlar, material del que en la actualidad están fabricados los chalecos. 

Para probar la capacidad del grafeno para recibir y absorber impactos, el experimento realizado consistió en el disparo contra varias láminas de grafeno, de un proyectil a la velocidad de 3000 m/s, 10.800 k/h, al cual resistió.

Todas estas aplicaciones resultan muy interesantes, no obstante, la auténtica revolución del grafeno se enfoca hacia el sector energía. 

Podemos encontrarnos de esta manera, en la antesala de una nueva revolución energética sustentada en el grafeno y la energía solar. Así, los nuevos paneles fotovoltaicos basados en grafeno poseen ya una eficiencia que triplica a la de los paneles más punteros desarrollados a partir de silicio. En un futuro, se prevé que puedan llegar a multiplicar considerablemente su poder de convertir la luz del sol en electricidad.

Grafeno y sostenibilidad

El punto de inflexión de uno los mayores problemas que enfrenta la humanidad en materia de sostenibilidad, es la actual incapacidad para almacenar la energía producida por las fuentes renovables. 

Se presume que el grafeno pueda dar una solución de una vez por todas a esta problemática. En este sentido, otra de las aplicaciones comerciales en desarrollo, es una variable del grafeno utilizada para la fabricación de baterías. 

De este modo, ya se experimenta con prototipos de que otorgan a los coches eléctricos de hoy, la capacidad de circular durante 1000 km, con una carga de tan solo 8 minutos.

Al mismo tiempo, se cuenta con que esta tecnología es susceptible de extenderse a todo tipo de ámbitos, potenciando toda clase de energías renovables, y pudiendo poner en jaque la actual hegemonía energética de los hidrocarburos.

Rizando el rizo: El Supergrafeno

El avance tecnológico es un campo en continua renovación. La competencia entre empresas, unida a la proyección de negocio, hacen que la investigación en ciertos productos y materiales, se acelere exponencialmente. 

Así, tan solo unos un par de años del descubrimiento de las ventajas del material de Dios, y al hilo de la metáfora, nace, aunque sin vírgenes de por medio, el que puede considerarse su primogénito. 

La criatura se conoce como Supergrafeno, y ha sido bautizada por sus padres; Saverio Russo y Monica Craciun, con el nombre de GraphExeter.

El GraphExeter consiste en un “Sandwich” de Grafeno, entre el que se intercala una banda de cloruro de hierro. Sus utilidades vienen a ser muy parecidas a las de su predecesor, pero sus creadores le otorgan además, una especial resistencia ante determinadas condiciones ambientales extremas; soportar una humedad del 100% durante 25 días, temperaturas de 150 ºC, y de hasta 620º C en el vacío. Además es un conductor eléctrico 1000 veces mejor que el grafeno.

De nuevo, sus aplicaciones son innumerables, pudiéndose emplear en el desarrollo de paneles solares, la fabricación de Wearables,- dispositivos inteligentes insertados en la piel o en prendas de vestir-, en el sector espacial, en la industria nuclear o en la lucha contra el cáncer.

Pero, por el momento, los contratos de confidencialidad en investigación, impiden desvelar mucho más. No se sabe con certeza si la revolución del grafeno está a la vuelta de la esquina o tardara unos años en llegar. Hasta que llegue ese día, habrá que conformarse con imaginar.