Grafeno, el revolucionario material que dos décadas después de su descubrimiento está ayudando a mejorar el mundo

En un mes de octubre, pero de hace 20 años, dos físicos en la Universidad de Manchester, Andre Geim y Konstantin Novoselov, publicaron una importante investigación titulada “efecto de campo eléctrico en películas de carbono delgadas de forma atómica”.

Su trabajo describe las extraordinarias propiedades del grafeno, una forma cristalina del carbono equivalente a una sola capa de grafito, solo que tiene un átomo de espesor.

Entusiasmo desmedido

Nuevos métodos para hacer este material fueron creados. Se escuchaba que este material poseía propiedades que parecían sacadas de un cómic de Marvel: más fuerte que el acero, muy flexible, impermeable a los gases. Mejor conductor electrónico que los diamantes, prácticamente invisible, además de una serie de propiedades cuánticas exóticas.

El grafeno fue exaltado como un material revolucionario, que prometía aparatos electrónicos ultrarápidos, supercomputadoras y materiales extraresistentes.

Algunos fueron más allá y señalaron que el grafeno iba a permitir la construcción de ascensores espaciales, velas solares para la propulsión de vuelos en el espacio, retinas artificiales e incluso, capas de invisibilidad.

Solo seis años después de su hallazgo, Geim y Novoselov recibieron el premio Nobel de Física, lo que impulsó aún más el entusiasmo por estudiar este material.

Cientos de investigaciones se comenzaron a publicar sobre el grafeno alrededor del mundo.

Altas y bajas

En términos de la percepción pública, es justo decir que al grafeno se le impuso un estándar casi imposible de cumplir.

El grafeno apenas llega al gran esquema de las cosas, por lo que es demasiado pronto para sacar conclusiones sobre su impacto.

Lo que se ha producido de forma silenciosa es una integración constante del grafeno en numerosas aplicaciones prácticas.

Gran parte de esto se debe a Graphene Flagship, una importante iniciativa de investigación europea coordinada por la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia.

Su objetivo es llevar el grafeno a aplicaciones comerciales del mundo real, y como resultado, se han desarrollado más de 90 productos en la última década.

Estos incluyen plásticos mezclados para equipos deportivos de alto rendimiento, neumáticos más duraderos para bicicletas, cascos de motocicleta que distribuyen mejor las fuerzas de impacto, recubrimientos termoconductores para componentes de motocicletas y lubricantes para reducir la fricción y el desgaste entre las piezas mecánicas.

Los cascos de motocicleta más seguros son solo una de las muchas formas en las que el grafeno está llegando al mercado.

El grafeno se está abriendo camino en baterías y super condensadores, lo que permite tiempos de carga más rápidos y una vida útil más larga.

Las tintas conductoras de grafeno se utilizan ahora para fabricar sensores, etiquetas de seguimiento inalámbricas, elementos de calefacción y blindaje electromagnético para proteger dispositivos electrónicos sensibles.

Este material también se utiliza incluso en auriculares para mejorar la calidad del sonido y como un medio más eficiente de transmisión de calor en los aires acondicionados.

Mientras, los productos de óxido de grafeno se utilizan para la desalinización, el tratamiento de aguas residuales y la purificación de agua potable.

También se pueden comprar una variedad de materiales de grafeno listos para usar en innumerables productos, y se rumorea o se sabe que grandes corporaciones como SpaceX, Tesla, Panasonic, Samsung, Sony y Apple lo están utilizando para desarrollar nuevos productos.

De la promesa a lo práctico

El impacto del grafeno en la ciencia de los materiales es innegable.

Pero el impacto en los productos de consumo es tangible, pero no tan visible.

Una vez que un material se incorpora a un producto, no hay necesidad de seguir mencionándolo, y las preocupaciones sobre la propiedad pueden hacer que las empresas se muestren reacias a entrar en detalles.

Por lo tanto, los consumidores pueden ignorar por completo que su automóvil, su teléfono móvil o su palo de golf contienen grafeno, y lo más probable es que no les importe, siempre que funcione.

A medida que los métodos de producción mejoren y los costos disminuyan, podemos esperar que el grafeno se adopte cada vez más ampliamente en productos de uso general.

Es probable que la gama de aplicaciones continúe expandiéndose.

Las investigaciones llevadas a cabo en los últimos años han dado lugar al desarrollo de nuevos materiales inteligentes y eficientes. Es el caso del grafeno, conocido como el ‘material del futuro’, por sus múltiples aplicaciones en diferentes sectores. Se trata de un material con un gran potencial, útil en muchos y muy diversos procesos, que van desde la fabricación de teléfonos inteligentes hasta la construcción de placas solares,

¿Qué es el grafeno?

El grafeno es un material que se extrae del grafito y se compone de carbono puro, uno de los elementos más importantes en la naturaleza y que encontramos en objetos tan cotidianos como la mina de un lápiz.

¿Grafito y grafeno son lo mismo? Esta es una pregunta muy común, pero existen diferencias entre ambos. El grafeno destaca por ser duro, flexible, ligero y con una alta resistencia. Se calcula que este material es 200 veces más resistente que el acero y unas 5 veces más ligero que el aluminio.

Con estas propiedades, el grafeno tiene aplicaciones en el sector energético, el de la construcción, la salud y la electrónica. Por ejemplo, el grafeno magnético podría transformar esta última industria logrando que los dispositivos sean más cómodos y accesibles para todo el mundo.

Características y propiedades del grafeno

Entre las diversas propiedades del grafeno, las más destacadas son la alta conductividad térmica y eléctrica, la elasticidad, la dureza, la ligereza y la resistencia. Unas características que podrían ser de gran utilidad para innovar en diferentes sectores y significar una auténtica revolución. Veamos algunos ejemplos:

Alta conductividad

Mediante el uso del grafeno se podría ampliar por diez la vida útil de las baterías, además de cargarse en menos tiempo, lo que se traduce en una mejora de la autonomía. Es cuestión de tiempo que el grafeno sustituya gran parte de las baterías de litio, que son las que se utilizan actualmente.

Ligereza

El grafeno es también idóneo para fabricar baterías para drones, ya que estas serían más ligeras y duraderas. Recordemos que estas piezas que acumulan energía son unas de las más pesadas en tecnología y reducir su peso podría ser una gran innovación. Con la aplicación del grafeno, se minimiza una de las mayores limitaciones que a día de hoy presentan los drones.

Transparencia y flexibilidad

El grafeno es un material transparente y absorbe muy poca luz (sólo un 2%). Gracias a ello, y a su flexibilidad, se podrían fabricar pantallas flexibles para todo tipo de dispositivos. Además, el grafeno puede doblarse como si se tratara de papel de film, por lo que las posibilidades de rotura son mucho más bajas. Se podría aplicar en la fabricación de móviles, televisores, vehículos, etc.

Alta resistencia

Además de un excelente conductor eléctrico, el grafeno es un material muy resistente, por lo que se esperan grandes avances en el sector de la iluminación. Por ejemplo, las bombillas de grafeno podrían ampliar la vida útil de cada ampolla y consumir menos energía que las luces LED de las que disponemos en la actualidad.

¿Para qué sirve el grafeno?

La comunidad científica se mantiene con ‘los ojos puestos’ sobre el grafeno, ya que podría cambiar por completo nuestra forma de relacionarnos con la tecnología. Y no solo eso, también podría suponer importantes avances en diferentes sectores. A continuación, te detallamos una serie de usos y aplicaciones del grafeno:

El grafeno en el sector energético

El uso del grafeno en la fabricación de baterías recargables podría suponer un gran salto hacia la eficiencia energética. Gracias a las propiedades del grafeno, estos materiales evitarían que los dispositivos se sobrecalentaran, por lo que serían más duraderos, además de ligeros.

Aplicado a diferentes materiales de nuestros hogares, podría contribuir a una mejor regulación térmica de la vivienda y un ahorro en la climatización de los espacios. Por ejemplo, utilizando pintura con grafeno.

Por último, y con una mirada mucho más ambiciosa, se cree que esta innovación podría suponer un antes y un después en el sector de las energías renovables, ya que el uso de este material podría generar mucha más energía de la que se produce a día de hoy.

El grafeno en la construcción

El uso del grafeno aplicado a la construcción promete mejorar el aislamiento térmico de los edificios. Y no solo eso, sino que podrían ser más resistentes a la corrosión, a la humedad y al fuego y, por tanto, más duraderos y eficientes.

Los materiales de construcción se perfeccionarían y se utilizarían componentes respetuosos con el medioambiente, como el ‘hormigón verde’, un material ecoeficiente que es más resistente que el actual.

El grafeno en la salud

Las aplicaciones del grafeno en el sector de la salud y de la medicina también son fascinantes. Gracias a las propiedades del grafeno se podrían desarrollar prótesis más fuertes, flexibles y ligeras. Incluso, podríamos estar hablando de fabricación de huesos y músculos que se introducirían mediante operaciones quirúrgicas.

Todavía en fase de investigación, se cree que el óxido de grafeno podría ser un buen aliado en el diagnóstico de enfermedades y su posterior tratamiento. Un elemento que se obtiene cuando el grafeno se oxida, convirtiéndolo en un material con propiedades mecánicas extraordinarias.

El grafeno en la electrónica

Las características del grafeno podrían cambiar por completo el sector de la electrónica. Con la aplicación de este material, se fabricarían dispositivos más pequeños, ligeros, duraderos y eficientes, imposibles de obtener con los componentes que se utilizan a día de hoy.

Además, las propiedades del grafeno aplicadas a los circuitos electrónicos, conseguiría que los dispositivos ‘sean inmunes’ a la humedad, una de las principales causas de deterioro, algo impensable con los semiconductores actuales. A todo ello, se le suma la excelente conductividad térmica y eléctrica, 1.000 veces mejor que la del cobre.