Materiales del futuro en el presente: Grafeno

Algunos hechos que hace unos años hubiésemos imaginado salidos de una película de ciencia ficción, están cada vez más cerca de convertirse en realidad. 

La ciencia avanza a pasos agigantados, en diferentes campos con multitud de aplicaciones. Últimamente se ha hablado mucho de un material que tiene todas las papeletas para revolucionar nuestras vidas, este material es el grafeno. 

Pero, ¿qué es el grafeno y por qué ahora es noticia? 

Realmente en la década de 1930 ya se conocía el grafeno, aunque este material fue obtenido por primera vez en 2004 mediante exfoliación micromecánica del grafito. No obstante, fue en 2010 cuando se dio a conocer al recibir sus descubridores, los investigadores de origen ruso Andre Geim y Konstantin Novoselov, el Premio Nobel de Física. 

El grafeno es un material formado por carbono puro. El carbono presenta varias formas alotrópicas (diferentes formas estructurales moleculares o cristalinas del elemento): tridimensionales (los ya de sobra conocidos grafito y diamante), bidimensionales (grafeno), monodimensionales. 

El grafeno es, por tanto, una forma alotrópica del carbono con átomos siguiendo un patrón regular hexagonal con apariencia de panal de abejas de grosor de un átomo de carbono (0,1 nm), plana con ondulaciones. 

Lo que hace a este material tan especial son sus propiedades únicas que lo hacen altamente atractivo por su gran abanico de aplicaciones, dejando obsoletos algunos materiales para determinadas aplicaciones como el plástico o el silicio. 

Se trata de una sustancia muy ligera, flexible, de elevada dureza (200 veces mayor que la del acero), alta conductividad térmica y eléctrica (sus electrones se mueven más rápidos que en el silicio), antibacteriano, elevada densidad y menor efecto Joule que otros materiales por lo que se calienta menos. 

Estas propiedades que lo hacen un material tan especial, han propiciado que tenga un futuro tan prometedor ofreciendo un amplio abanico de aplicaciones: desde la medicina hasta la desalinización de aguas.  

    - Baterías de larga duración: El ritmo de desarrollo de los dispositivos móviles no ha sido seguido por sus baterías, por lo que la media de duración de éstas es de 1-2 días. Actualmente se está empleando grafeno para la producción de baterías fabricadas con electrodos de grafeno 10 veces más duraderas que las baterías ion-litio, además de presentar un tiempo de carga menor.   

    - Supercondensadores: Los supercondesadores de grafeno se presentan como una alternativa de futuro para dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos. Estos supercondensadores, además de tener una mayor capacidad que los actuales tendrían una mayor facilidad de reciclaje que las actuales baterías, así como presentar una mayor rapidez de recarga.                                  

Además, permitiría la fabricación de pantallas táctiles flexibles gracias a su extraordinaria flexibilidad mecánica y resistencia, de tal manera que dentro de unos años podríamos tener en nuestras manos dispositivos móviles que podríamos desplegar hasta adoptar el tamaño deseado para su uso.  

   - Seguridad: su ligereza, elevada dureza y resistencia propician que este material se pueda adicionar a otros materiales y mejorar sus actuales propiedades, como en el caso de chalecos antibalas, chapas de automóviles más resistentes, etc.  

    - Potabilización del agua: Se emplean membranas de carbono de un átomo de grosor de tal manera que al hacer circular el agua a través de este filtro que posee una dimensión tal que solamente pueden atravesarlo las moléculas de agua, quedan retenidas así las partículas de sal. Con este tratamiento se aumentaría la eficiencia del proceso de desalinización frente a la actual ósmosis inversa.  

   - Absorción de residuos radiactivos: Investigaciones recientes muestran que microscópicas partículas de óxido de grafeno presentan una elevada afinidad en medio acuoso a sustancias radiactivas, haciendo que éstos precipiten facilitando así su manipulación para su eliminación. 

    - Medicina: En este campo, su propiedad antibacteriana juega un papel importante, desarrollando nuevos vendajes y apósitos. Esta propiedad unida a su elevada resistencia y flexibilidad lo hace muy atractivo para la elaboración de implantes. 

 

Su elevada transparencia hacen, además, que se pueda emplear cualquier soporte como dispositivo electrónico, acercando al presente la imagen de tener como pantalla una hoja de papel, el parabrisas de un coche, el banco de la cocina, un espejo, … 

Además, la combinación del grafeno con otros materiales puede descubrir otras estructuras con aplicaciones tan fascinantes como las halladas hasta el momento. Este material, que se encuentra todavía en fase de estudio, presenta por tanto un elevado potencial con prometedoras aplicaciones que de seguro revolucionarán nuestras vidas. 

Sin embargo un problema a solventar sería su producción a gran escala, ya que hasta ahora su producción se ha limitado a laboratorios de investigación. Actualmente se están llevando a cabo iniciativas para su generación a gran escala, destacando entre ellas la empresa alicantina Graphenano. Aunque es cierto que, a medida que vayan realizándose nuevos descubrimientos y aplicaciones de este material, la demanda de grafeno irá en aumento, y con ello las empresas y tecnologías empleadas para su producción en masa. 

 

Muchas de las nuevas aplicaciones que se le atribuyen a este material se encuentran todavía en una fase inicial de investigación, por lo que en los siguientes años seremos testigos de las bondades que este material va a proporcionar a la humanidad.