grafeno, ciencia, tecnología, nanotecnología, física, grafito
Imagen: Gojko Franulic

Grafeno: las increíbles propiedades del material que revolucionará la tecnología

Está presente en el humilde lápiz de grafito, pero tiene las propiedades más increíbles jamás vistas. Híper liviano, ultra resistente y con propiedades conductivas únicas, no tardará en convertirse en la materia prima de gran parte de las creaciones humanas... si aprendemos a producirlo masivamente.

Por Magdalena Araus @mmaraus | 2015-09-03 | 07:00
Tags | grafeno, ciencia, tecnología, nanotecnología, física, grafito

Un deforme cuerpo humano y un sol, junto a un A-E-I-O-U fueron las primeras cosas que hicimos con un lápiz de grafito. Cuando íbamos con la mochila al hombro y medíamos menos que una mesa, ese cilindro de punta afilada nos permitió empezar a entender el mundo y abrió la puerta a las palabras, ejercicios matemáticos, la literatura y la ciencia.

En ese entonces, lo único especial que tenía el clásico lápiz era que permitía borrar sus errores con una goma. Lo que nunca supimos y pocos nos hemos enterado aún, es que el común grafito, esconde una revolución para la ciencia y la tecnología en el corto plazo.

Grafeno. Graben ese nombre en su memoria, porque este material insólito por la cantidad de propiedades que tiene, va a estar presente en algunos años en todo lo que nos rodea. ¿Por qué tanto? Si pensábamos que el mítico Mithril del Señor de los Anillos era mágico, éste se lleva todas las coronas y en todas las categorías.

El grafeno es el material más delgado jamás descubierto, es 200 veces más resistente que el acero, pero flexible y pesa 0,77 mg por metro cuadrado. Transforma luz solar en electricidad con un 82% más de eficiencia que las placas actuales, es impermeable, es transparente, es resistente al fuego. Conduce la electricidad 200 veces más rápido que el silicio y disipa el calor 10 veces mejor que el cobre. Parece mentira.

Y está ahí, cada vez que tomamos un simple lápiz grafito en nuestras manos.

De dibujitos de niños a nanotecnología avanzada

Todos estos atributos que nombramos del grafeno se conocían teóricamente desde los años 40, pero no fue hasta 1961 que se logró aislar una sola capa del material. ¿Cómo tanto tiempo? No es tan simple como parece, porque un solo trazo de lápiz mina hecho en una hoja de papel contiene innumerables capas de grafeno. El material es tan tan tan delgado, que tiene solamente dos dimensiones (2D), es decir, no tiene altura, ya que su espesor es de un átomo, lo más estrecho que jamás puedan imaginar: en 1 mm de grosor caben 3 millones de láminas grafeno.

Nota para los más detallistas: está compuesto por átomos de carbono, el cuarto elemento más abundante en el planeta, dispuestas en forma de redes hexagonales, como panales de abejas.

De seguro los científicos que trabajaron por años intentando dividir estas capas de grafito jamás imaginaron lo que venía adjunto. Ese impacto fue en el 2004, cuando pudieron probarse sus aplicaciones a la industria y resultaron increíbles. Los capos que estuvieron a cargo de eso, Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov, se merecieron tiempo después el Nobel de Física (2010).

Comprobaron que podía columpiarse un gato de 4 kilos en una hamaca de grafeno que no pesaba más que un pelo de su bigote, según apunta el doctor en Física Francisco Claro. Es solo un ejemplo de un material que puede aplicarse a la nanotecnología en el ámbito de la computación, la medicina, la energía. Se trata de una nueva revolución material.

El ascenso de su fama mundial

El vanguardista grafeno hizo que en el 2007 Samsung registrara la primera patente relacionada con el material y hoy lidera con ventaja la propiedad intelectual del mismo, aunque hay varias industrias similares que siguen la carrera. En 2012 ya se alcanzaron a registrar hasta alrededor de 3.500 patentes, luego el 2013 la Unión Europea anunció la inversión de mil millones de euros para impulsar su investigación y aplicaciones.

Lo último es el National Graphene Institute en Manchester (UK), que nació para dedicarse exclusivamente a investigaciones sobre estas minúsculas capas de lápiz de mina. El centro quedará finalizado el 2017 y desarrollará en su máxima complejidad todos sus alcances posibles, porque por ideal y perfecto que sea el grafeno, queda camino por recorrer para hacerlo viable para su uso industrial.

Aún es muy caro de producir (superior a US$ 500 por gramo), lo que de paso no alcanza aún a amenazar nuestro mercado chileno del cobre, por ejemplo. La manera utilizada para aislarlo es la técnica de la cinta de scotch, donde despegan progresivamente las capas del material hasta quedar con una sola. Con esto se consigue grafeno de muy alta calidad, pero la cantidad producida es mínima y resulta insuficiente para su uso industrial.

Por eso hoy se están desarrollando nuevas formas de aislar estas ínfimas capas. Igualmente hay empresas en Estados Unidos, China y Reino Unido que lo producen, pero todavía está en una etapa temprana de investigación, indica Humberto Plaza, académico de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. Más detalles de su evolución industrial se pueden leer en este amplio artículo de la revista New Yorker.

Aún así, los avances de la ciencia y la tecnología son cada vez más rápidos y es probable que pase poco tiempo para que el grafeno se haga masivo y asequible.

Lo podemos ver en la actualidad en una de las raquetas que usó Novak Djokovic está hecha de este hijo del grafito, por ejemplo (aunque no le atribuiremos sus numerosos triunfos puramente a eso, ¿no?). Ya se están probando prototipos en algunas industrias y de llevarse a cabo su producción masiva, gran parte de las cosas que nos rodean podrían contener este multifacético material. 

Celulares y tablets, cables de electricidad, tecnología antibalas, superbaterías, implantes para ciegos y hasta preservativos son más aplicaciones de las que se han hablado últimamente. Piensen lo que quieran hecho de grafeno, las posibilidades son prácticamente infinitas.

*Fuentes sobre las propiedades del grafeno: National Graphene Institute, charla TED de Mikael Fogelström, científico experto en Microtecnología y Nanociencia e infografía de El País basada en revista Nanoscale e información de institutos científicos.

¿Conocías el grafeno? ¿Crees que su uso podría revolucionar la tecnología?

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Comentarios
Axeel Campos | 2015-09-03 | 10:00
2
Esto me recordó un vídeo que vi hace mucho tiempo.
Acá lo re-subieron, pero es mas antiguo.
https://www.youtube.com/watch?v=v4cKDzTyOek
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JCL | 2015-09-03 | 14:00
0
Yo soñé cosas similares hace como 7 años (sin ver el video), nosé a raiz de que, pero eso si los días no eran tan bonitos en mi sueño, el cielo era como anaranjado en vez de azul, como el ocaso pero que duraba todo el día.

Y eso que cuando lo soñé me dije, imposible no tiene sentido, como por ejemplo, señaletica animada flotante transparente, quizás no era flotante, pero si que daba la impresión de que la señal estaba suspendida en el aire... ahora lo veo como las señales del aeropuerto en el video. El sueño me dejó marcando ocupado, pero al ver el video ahora (no lo conocía), imaginense como quede... doblemente tuuuu tuuuu tuuuu tuuuuu

Me pasó también cuando niño con los letreros electrónicos que indican los recurridos en los buses, eso si no lo soñé pero lo imaginé como cuando tenia 4 o 5 años a principios de los 90s,(juntando en mi cabeza la tecnología de esa época) y quedé plop cuando turbus los instaló primero no se que año pero cerca del 2000 ....

Averiguaré como patentar ideas mejor...
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JCL | 2015-09-03 | 13:34
5
Con respecto a la amenaza para el cobre (sobre todo en materias económicas) por parte del grapheno, cito pregunta y respuesta, que realicé a COCHILCO:

Pregunta:

Hola, Junto con saludar, quisiera expresar una inquietudes, producto de momentos de reflexión. ¿Que sucedería con el valor del cobre en el futuro próximo, por el desarrollo del Grafeno?, ¿Es cierto que el grafeno, es una posible amenaza para el cobre? Si es así­. ¿La economía chilena, estaría preparada, o estudiando la situación? Si nada Más... se depide Atte: JCL


Respuesta:

El grafeno posee la propiedad de conducción eléctrica y térmica, además de mecánicas (elasticidad, dureza y otras) que en determinados segmentos podría competir con el cobre y eventualmente desplazarlo por su mejor rendimiento técnico y económico. Con el conocimiento actual, el ámbito de aplicación más propicio está en el campo de la electrónica, donde se pueden dar opciones de piezas de muy pequeño tamaño y peso, que aprovechen integralmente muchas de sus propiedades, conjuntamente. Sin embargo también es posible imaginar un mundo nuevo de aplicaciones que son propias de otros metales, es decir el grafeno en el largo plazo tiene el potencial de revolucionar la ciencia de los materiales en el más amplio sentido de la palabra. Por cierto que demostradas ya científicamente sus propiedades estamos en los albores de la investigación tecnológica, cuya duración hasta generar productos innovadores que lo empleen es incierto pero puede ser más anticipada que lo estimado. ¿Es una amenaza para el cobre? En términos teóricos sí, pero en términos prácticos no. El cobre ya ha perdido varios segmentos de mercado. Por ejemplo: a) La transmisión de electricidad de alta tensión a larga distancia a manos del aluminio (Se menor peso y costo, más que compensa a su menor conductividad eléctrica). Sin embargo ello ha facilitado la electrificación de grandes áreas, con le consiguiente aumento del consumo eléctrico en industria, iluminación y habitacionales. b) Las cañerías de plástico para agua potable domiciliaria, permiten abaratar las viviendas y aumenta la construcción de ellas que también consumen cobre en otras aplicaciones. c) La fibra óptica aumentó significativamente la capacidad de las telecomunicaciones, haciendo factible la masificación de internet, telefonía, televisión por cable y con ello la demanda de equipos electrónicos que usan cobre. Es decir, el cobre está siendo sustituido en aquellas aplicaciones donde por su costo significa un freno al desarrollo, pero en gran parte el mercado se recupera y crece por la necesidad de seguir usando sus propiedades básicas esenciales en la conducción eléctrica y térmica. Por ello, el grafeno podría significar en el futuro un nuevo material que haga factible muchas nuevas aplicaciones, pero que ellas requerirán ser alimentadas de energía que inicialmente seguirá siendo transmitida por el cobre. Es decir el cobre sería el distribuidor energético mayorista y el grafeno el "retail" en un rol complementario. ¿Qué haría Chile? Hacer que nuestro recurso cuprífero siga transformándose en riqueza tangible para el país, en forma racional y sustentable en el largo plazo, junto con tener la inteligencia de mercado para percibir con oportunidad el momento en que cobre deje de contribuir significativamente al país, el cual ya debe estar dotado de otras formas económicas para financiar su desarrollo y bienestar. ¿Producir grafeno en Chile? No existe el más mínimo indicio que Chile tenga potencial en este aspecto. JCL, es mi reflexión personal que te aporto para tu propia reflexión, pero no constituye en absoluto una posición oficial de COCHILCO ni del Ministerio de Minería. Atte. VP Ing. Civil Químico
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Miguel Vega García | 2015-09-07 | 20:46
1
JCL, na q ver pero esa pregunta la realizaste a COCHILCO a nivel de formulario de contacto de pagina web? de ser asi esta muy bien elaborada y con mucha dedicacion!
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JCL | 2015-09-08 | 09:43
1
Fíjate que si, fué por formulario web, y la verdad que no tenía mucha confianza al respecto, pero cuando llegó la respuesta a mi correo al día siguiente, dije: "¡wow, el sistema funciona!..."
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Magdalena Araus | Colaboradora | 2015-09-08 | 12:57
0
Guauuu! Que gran respuesta, dedicada, detallada y muy interesante.Gracias JCL por este aporte y al amable ingeniero de COCHILCO que se dio el tiempo. Saludos!
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Rodrigo | 2015-09-07 | 18:37
0
Si bien ahora están saliendo mas noticias de este tema, recuerdo hace varios años ya cuando vi la primera noticia sobre este material. Es increíble todas las propiedades que tiene y en lo que se podría usar, pero como dice el artículo, aún es muy caro de hacer, pero creo que solo es cosa de tiempo. Como por ejemplo que marcas de lujo como BMW ya están fabricando autos enteros de fibra de carbono y con impulsores eléctricos, cosa que antes sólo se veía en la F1, en lo que se refiere a la fibra de carbono, y ahora ya está en la calle, obviamente inalcanzable para la gran mayoría, pero de que se ha avanzado en el tema, es innegable.
Pienso que con el grafeno ocurrirá lo mismo, en unos 20 años más ya se habrá descubierto la forma de fabricarlo mas masivamente y usarlo en muchas mas cosas, sustituyendo al cobre y otros materiales, espero poder ser testigo de eso.
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Rodrigo Herrera | 2015-09-08 | 13:15
1
Otros materiales:
- Carbino (http://www.technologyreview.com/view/518301/new-form-of-carbon-is-stronger-than-graphene-and-diamond/)
- Nanoplaquetas de grafeno y nitrógeno (http://www.greencarcongress.com/2013/07/n2-20130723.html)
- Nanocelulosa cristalina (https://www.newscientist.com/article/mg21528786.100-why-wood-pulp-is-worlds-new-wonder-material/?full=true&print=true)
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Magdalena Araus | Colaboradora | 2015-09-08 | 17:08
0
Buena Rodrigo, gracias! Interesantes a tener en cuenta para un próximo artículo. Saludos!
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Christopher Torres | 2015-09-09 | 17:50
1
No sé por qué, pero esto me hace acordarme de cuando los alemanes inventaron el salitre sintético y de cómo esto reventó la economía chilena en los años 20. Nuestra economía sigue siendo demasiado dependiente del cobre (es cosa de ver los efectos del frenazo chino ahora) y si bien hay una diversificación que no existía en la era del salitre, ni la celulosa, ni los vinos, ni la fruta, ni la pesca, ni el sector financiero son capaces de absorber un eventual colapso o baja dramática de la industria cuprífera, y más encima el exportar cobre para importar el cableado o los componentes electrónicos no ayuda a ver un panorama más auspicioso.
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