El grafeno - Isabel Ejarque 1ºBach B
¿QUÉ ES?
El grafeno es un nanomaterial, y como otros similares, ha acaparado el interés de la investigación científica de las últimas décadas.
El grafeno es una forma alotrópica del carbono, es decir, una forma en la que se presenta el carbono, al igual que otras formas alotrópicas son el grafito o el diamante. No es un material novedoso en cuanto a su composición. Pero sí es nuevo y revolucionario respecto a su estructura, tanto por la disposición y ordenación, como por poseer el espesor de un solo átomo (monocapa).
El único material bidimensional que es capaz de mantenerse estable hasta con el grosor de un átomo. Podemos decir que es grafeno se comprende desde una capa de un átomo de espesor hasta 10 de estas capas superpuestas. Según las capas que lo conformen, puede ser clasificado como: monocapa (1 capa), bicapa (2 capas), pocas capas (de 3 a 4 capas) y multicapa (entre 5 y 10 capas). Aunque sus propiedades están en función de su dimensionalidad, los cuatro tipos presentan un conjunto de propiedades comunes que permiten caracterizarlos como grafeno.
El grafeno es el precursor de muchas otras formas de carbono, es la unidad elemental básica para construir todos los materiales grafíticos de las demás dimensiones. Dependiendo del modo en el que manipulemos el material podemos crear fullerenos, nanotubos y también, si superponemos más de 10 capas tridimensionalmente, obtenemos grafito.
PROPIEDADES
- Bidimensional: Se considera bidimensional porque está compuesto de capas de un átomo de espesor, con lo que prácticamente solo se aprecian dos de sus dimensiones (unas 100.000 veces más delgado que el cabello humano)
Ultraligero: Por ejemplo, una lámina de grafeno de 1 metro cuadrado pesa solo 0,77 miligramos. Tiene una gran superficie específica de 2600 m2 /g con un solo gramo bastaría para cubrir totalmente un campo de fútbol.
Flexible: su constante elástica es enorme. Además, puede enrollarse sobre sí misma para crear nanotubos o adoptar cualquier otra forma. Las superficies de los materiales en los que se aplica el grafeno tienen menos posibilidades de quebrarse y por tanto más durabilidad.
Resistente: a pesar de su flexibilidad, el grafeno es un material que supera la dureza del diamante y es más de 100 veces más fuerte y resistente que el acero estructural con su mismo espesor. Es altamente rígido, con lo que soporta grandes fuerzas sin apenas deformarse. Para atravesar una lámina de grafeno con un objeto afilado sería necesario realizar un peso sobre él de aproximadamente cuatro toneladas.
x 100Transparente: el grafeno puro es prácticamente transparente, similar al vidrio, debido a su poco espesor. Una monolámina de este material absorbe solamente alrededor de 2,3 % de luz blanca incidente que llega a su superficie.
Conductor eléctrico y térmico: El grafeno es el mejor conductor térmico que se conoce (conductividad térmica de 5000 W/mk, mayor que la del cobre, el diamante o la plata) y también un excelente conductor eléctrico.
Autorreparable: Al parecer, si una capa de grafeno pierde algunos átomos de carbono por cualquier motivo, los átomos cercanos al hueco dejado se acercan y cierran dicho hueco. Esta capacidad de autorreparación podría aumentar la longevidad de los materiales fabricados con grafeno, aunque de forma limitada.
MÉTODOS DE OBTENCIÓN
El grafeno se puede extraer del grafito por simple exfoliación. Cuanto más puro quieras obtener el grafeno, es decir, de mayor calidad, el proceso será más complicado, la cantidad obtenida más pequeña y el coste más caro. Por eso la producción de grafeno siempre ha estado restringida a nivel laboratorio.
Síntesis por método físico: método de la cinta Scotch.
Se obtiene grafeno de calidad pero es un proceso muy lento y de bajo rendimiento, a la vez que costoso en cuanto a mano de obra y tiempo requerido para obtener una cantidad mínima de grafeno, por lo que no resulta un procedimiento apto para su uso industrial.
Síntesis por método químico:
Estos métodos de síntesis pueden seguir dos estrategias distintas:
- Top down (descendentes): el grafeno se obtiene con la exfoliación de materiales de carbono, normalmente grafito, para obtener láminas de grafeno mediante procesos mecánicos y/o químicos.
- Bottom up (ascendentes): el grafeno se obtiene a partir de los átomos de carbono generados tras la descomposición de hidrocarburos, generalmente a altas temperaturas.
La venta de grafeno se hace de dos formas diferentes:
Grafeno en lámina. Es de alta calidad y se emplea en campos como la electrónica, la informática o incluso la aeronáutica, donde se requiere obtener un material muy resistente. Su producción es 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 teniendo que renunciar a gran parte de sus propiedades, ya que es muy complicado obtener monocapas de grafeno.
El grafeno tiene aplicaciones (teóricamente) en muchos campos por su gran cantidad de propiedades:
Electrónica. Ej: creación baterías de mayor duración y menor tiempo de cargado
Energías limpias. Ej: Si se construyeran con grafeno las placas solares, podrían generar varias veces más energía por hora que las actuales.
Salud: Ej: Utilizarse como biosensores o para transportar fármacos
OTROS EJEMPLOS DE APLICACIONES
Baterías Chips y procesadores Cámaras
Pantallas táctiles y flexibles: OLED Satélites
Drones Defensa: chalecos antibalas, cascos
Medios de transporte Cristales inteligentes
Secuenciación de ADN Regeneración de tejidos
Energía eólica Energía térmica Desalinización de agua
Prótesis e implantes Vendajes y apósitos antibacterianos
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