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Es un pájaro, es un avión, no... ¡Es una estructura hexagonal hecha de carbono! Desde hace algunos años que les estamos hablando de las potenciales maravillas que se podrían hacer a partir del grafeno, un material tan duro como el diamante, pero flexible, liviano, impermeable, resistente al fuego, superconductor, muchísimo mejor para disipar el calor que el cobre y capaz de hacer un tiramisú que ni te cuento. Ok, lo último es una exageración, pero el resto vale.
El problema ha sido siempre su producción, ya que, hasta el momento, es muy costoso desarrollarlo. Recientemente, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), dieron con un proceso escalable que podría utilizarse para la producción en masa de grafeno, solucionando así un gran “pero” del prometedor material.
A continuación, te contamos más sobre este “supermaterial” y los frutos de la investigación que podría hacerlo comerciable en algunos años.
Graf… ¿qué?
Si se perdieron el capítulo anterior, deben saber que el grafeno es un material hecho de una capa de átomos de carbono puro dispuestos en un patrón regular hexagonal, similar al grafito (de ahí el nombre grafeno).
Llamarlo “supermaterial” está realmente justificado. Imagínense que tiene ¡un átomo de grosor! Es tan, pero tan fino, que solo tiene dos dimensiones, pesando apenas 0,77 miligramos por metro cuadrado y, aun así, es 200 veces más resistente que el mejor acero. Súmenle las otras características antes mencionadas y comprenderán el gran atractivo que supone el material para la industria del futuro.
Sus potenciales usos son, básicamente, infinitos. Científicos creen, por ejemplo, que usar grafeno en paneles solares podría duplicar la cantidad de energía que generan, además de significar celdas solares más flexibles y livianas. Adicionalmente, ya existen pruebas de baterías de litio con grafeno que se cargan cinco veces más rápido que una tradicional.
Su fortaleza y liviandad podrían ser explotadas, también, en la construcción de automóviles y aviones. De hecho, Richard Branson, el fundador de Virgin, cree que tendremos aviones con componentes de grafeno en menos de diez años. Por las mismas razones, toda la industria de wearables (productos tecnológicos que se llevan puestos) podría adoptarlo. También se señala que sensores y medidores de salud, como los relojes inteligentes, podrían convertirse en el futuro en simplemente tatuajes desechables de grafeno.
Por si fuera poco, membranas de grafeno podrían tener un rol vital en un mundo donde el agua potable se hace cada vez más inaccesible. Desalinizar agua es muchísimo más económico y eficiente usando grafeno, gracias a su ínfimo grosor. Una membrana de este material es 500 veces más fina que la mejor membrana disponible hoy y necesita 100 veces menos energía y presión para filtrar sal. La Universidad de Manchester también destaca que membranas de grafeno podrían servir como barreras para mantener los alimentos frescos durante más tiempo. “Cuando el grafeno se usa en membranas, las posibilidades son infinitas”, señalan.
Y hablando de membranas, es justamente esta aplicación la que ha dando un gran salto gracias a investigadores del MIT.
Como pizza recién salida del horno
Como hemos visto, cuando se trata de grafeno no faltan ideas. El problema es que, por su ínfimo grosor, es realmente caro y lento producirlo en una escala suficiente para hacerlo comercialmente viable. A causa de esta evidente limitante, un equipo del MIT se volcó a la tarea de llegar a un proceso escalable para producir láminas de membranas de grafeno. Los resultados ya están aquí.
Un equipo de siete ingenieros diseñó de principio a fin un proceso similar a la producción de láminas delgadas de metal, pero combinado con el método de Deposición Química de Vapor, la manera más común de hacer grafeno.
El sistema se compone de dos bobinas comunicadas por una cinta transportadora que atraviesa un pequeño horno. De la primera bobina sale una lámina de cobre de menos de un centímetro de ancho que es primero calentada a cierta temperatura, para luego recibir una dosis de metano e hidrógeno que genera la aparición de grafeno sobre la lámina.
“Para cuando sale del horno, el grafeno debería estar cubriendo totalmente la lámina en una sola capa, como una especie de base de pizza continua”, señala uno de los investigadores. El resultado es grafeno de alta calidad a una tasa de cinco centímetros por minuto.
Luego de su salida, el grafeno debe ser sustentado en algo, porque de otra forma se enrolla en sí mismo. Para esto, los científicos reemplazan con sus propias manos el cobre por un polímero poroso (es decir, una membrana) que permite al grafeno “agarrarse”, y quedar listo para ser testeado.
Según los investigadores, el rendimiento de estas membranas es tan bueno como el observado en otros estudios donde se fabrica en menores volúmenes.
Aún más interesante es la flexibilidad del proceso. Modificando distintas partes de él, se puede generar grafenos en distintas calidades y aptos para más usos.
"El sistema te ofrece un gran grado de flexibilidad, dependiendo de para qué quieres ajustar el grafeno, desde aplicaciones electrónicas hasta aplicaciones de membranas", señala otro investigador.
La escalabilidad del proceso está demostrada, pero los ingenieros tienen más planes, principalmente integrarle más operaciones. La mudanza del cobre al polímero, por ejemplo, podría automatizarse.
Aunque todavía falta bastante para encontrarnos con grafeno en el supermercado de la esquina, sin duda que su comercialización se está haciendo cada día más factible y con ello, todos los maravillosos potenciales usos de este “supermaterial”.
¿Qué otros usos del grafeno conoces?
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