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Grafeno, nanotecnología en la punta de un lápiz
Seis años después de que uno de los materiales más fascinantes de la historia consiguiera aislarse en laboratorio, los padres del hallazgo, los rusos Andre Geim y Konstantin Novoselov han conseguido alzarse con el mayor reconocimiento que puede obtener un físico por su trabajo, el Nobel. Para alguien que se considera físico de vocación, asistir a descubrimientos como el que nos ocupa es una experiencia altamente emocionante. Es física en estado puro, no aquella que intenta profundizar en un mayor conocimiento de lo que ya sabíamos sino la que consigue dar una vuelta de tuerca a la realidad que creíamos completa y nos presenta un mundo completamente diferente. La tecnología de materiales es, desde hace ya un tiempo, una de las ramas de la ciencia que más satisfacciones está proporcionando al mundo científico por su rápida aplicabilidad.
Qué es el grafeno
Qué es el grafeno
Se trata de una estructura molecular formada por celdas hexagonales de átomos de carbono... ¡¿y para una estructura tan simple formada por carbono tanto revuelo?!. Precisamente la grandeza de la física estriba en hacer de lo simple cosas extraordinarias y eso es lo que ocurre en el caso que nos ocupa. El grafeno se obtiene de extraer una lamina de un átomo de grosor de un elemento mucho más vulgar y cotidiano, el grafito. Desde esta realidad bidimensional se accede a un mundo diferente dentro del campo de la nanotecnología donde las propiedades físicas cambian enormemente.
Andre Geim y Novoselov
Los padres del grafeno son dos jóvenes físicos a los que les gusta alejarse de la seriedad que muchas veces rodea al mundo científico y que los acerca aún más a la personalidad y genialidad de otro de los mayores físicos de la historia, Albert Einstein. No en vano Andre Geim, justo diez años antes de haber ganado el Nobel, obtuvo el IgNobel por conseguir hacer levitar a una rana haciendo uso de un potente imán. Los IgNobel, de los que ya hablé en otra entrada de este blog, "Los innobles nobel del 2009", tienen como objeto el hacernos pensar en el potencial de conocimiento que se esconde detrás de lo aparentemente absurdo.
Andre Geim, a la izquierda, junto a su colega Konstantin Novoselov
Propiedades
Resistencia
Hasta ahora la estructura molecular más dura de la naturaleza era el diamante. Con un valor 10 en la escala Mohs de dureza no había sobre la Tierra ningún material natural ni sintético capaz de rayarlo. Sin embargo, los nanocilindros de grafeno parece que han conseguido superar a este mito del mundo molecular en lo que a dureza se refiere. Se asegura que supera en 200 veces la dureza del acero.
En esta imagen se recrea una lámina de grafeno intentando ser penetrada sin éxito por un punzón de diamante que pone en evidencia la dureza del nuevo compuesto.
Transparencia
La delgada lámina de grafeno dispone la propiedad adicional de dejar pasar la luz con gran facilidad. No obstante, a pesar de esta transparencia el grafeno presenta una densidad tan alta que ni siquiera el Helio, el átomo más pequeño que existe, es capaz de atravesarlo.
Flexibilidad
Una lámina de grafeno presenta la misma flexibilidad que puede proporcionar una hoja de papel.
En la entrada "El ocio del SXXI" de este mismo blog, publicada hace aproximadamente un par de años, llamaba la atención sobre la inminente llegada de las pantallas flexibles al consumo personal.
Conductividad
A día de hoy, toda la electrónica conocida tiene un elemento omnipresente en su composición, el Silicio. El Silicio, además de ser el segundo elemento más abundante en la Tierra presentaba, hasta ahora, las mejores características para actuar como elemento semiconductor cuya conductividad se puede alterar añadiendo impurezas dopantes.
Muchos son los que han bautizado al grafeno como el Silicio del futuro por ser el material con mayor conductividad eléctrica y térmica existente. Según palabras de Vera Adamchuck, responsable del laboratorio de física de la Universidad de San Petersburgo "permitirá producir procesadores para ordenadores de una velocidad nunca vista hasta ahora y pantallas extrafinas".
IBM ha conseguido fabricar un procesador de grafeno capaz de trabajar a la escalofriante velocidad de procesado de 100 GHz. Desde IBM se dijo en la revista Science "La movilidad de los portadores de carga en el grafeno lo convierten en un candidato prometedor para los dispositivos electrónicos de alta velocidad. Este material conductor es el más delgado posible, ya que solo tiene un átomo de grosor. Con el grafeno se conseguirán fabricar los transistores más pequeños y rápidos, que se hayan fabricado hasta ahora con materiales semiconductores"
Aplicaciones prácticas
En el siguiente vídeo podemos adivinar las innumerables aplicaciones que un material como el grafeno proporcionará a nuestra cotidianidad:
La obtención de grafeno con una simple cinta adhesiva adherida a la mina de un lápiz alienta la creencia de que su producción en masa es un asunto trivial, pero lo cierto es que lamentablemente no es tan sencillo. Parece que la principal dificultad radica en el substrato que aloja la lámina de grafeno que convierte su producción, al menos de momento, en demasiado costosa.
La obtención de grafeno con una simple cinta adhesiva adherida a la mina de un lápiz alienta la creencia de que su producción en masa es un asunto trivial, pero lo cierto es que lamentablemente no es tan sencillo. Parece que la principal dificultad radica en el substrato que aloja la lámina de grafeno que convierte su producción, al menos de momento, en demasiado costosa.
Comercialización
En Seul ya han conseguido fabricar la primera pantalla flexible de grafeno. En poco tiempo dispositivos como el nuevo iPad de Apple, que tanta expectación después de meses desde su presentación está causando en el mundo por su innegable practicidad, acabará en el museo de las antigüedades en cuanto los escaparates se llenen de nuevas pantallas que enrolladas puedan meterse en en bolsillo del pantalón y con una calidad de imagen excepcional.
A pesar de los titulares con cierto ánimo sensacionalista como los que aseguran el fin del silicio, lo que la industria parece tener claro es que tendremos silicio para rato y que éste irá poco a poco perdiendo y a su vez compartiendo protagonismo con el recién llegado grafeno.
Lo que sí que es cierto es que es un material completamente revolucionario que hace 6 años sólo existía en laboratorio y ahora ya ha conseguido dar el salto a la producción industrial. Eso en otros descubrimientos es completamente atípico debido a que normalmente el tiempo de maduración entre el concepto físico y su reflejo en una utilidad comercial lleva habitualmente bastantes décadas.
Lo cierto es que, en muchas ocasiones, a lo largo de la historia, la ciencia ha conseguido para la humanidad un salto de gigante que la ha catapultado de una manera muy rápida hacia adelante. Ejemplos de lo anterior se me ocurren unos cuantos: descubrimiento de la rueda, la pólvora, el electromagnetismo ...
"Es bueno tener un sueño, quizá algún día se haga realidad".
Andre Geim

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