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Publicado el 27 Febrero, 2015 por Toni Pradas en Ciencia
 
 

GRAFENO

Milagro tecnológico

Por TONI PRADAS

Una ardua carrera investigativa se ha desatado por el control del grafeno.

Una ardua carrera investigativa se ha desatado por el control del grafeno. (Foto: U.S Army Materiel Command)

Uno le hace poemas, pero otro es quien la invita a salir. O lo que es lo mismo: Europa lidera la investigación, pero Asia controla las patentes sobre las aplicaciones. La primera es la que más aporta a su conocimiento y lidera la publicación de artículos científicos acerca del material. Mientras, Corea del Sur, China y Japón se las ingenian para asegurar las patentes, la propiedad intelectual para aprovechar el valor de esos conocimientos cuando se empiecen a producir teléfonos móviles, baterías o paneles solares.

Así es la carrera por el control del grafeno y, dicho sea de paso, de sus primos, otros materiales bidimensionales con características excepcionales que multiplican las posibilidades de aplicación en el horizonte de esas tecnologías de comunicación y energía.

Si no le parece milagroso el grafeno, piense en el beneficio monetario para unos y social para muchos, cuando se produzcan baterías más ligeras y con más capacidad, prestas a recargarse en lo que cruje la seda y no en horas, como hoy. Y cavile sobre el impacto en el desarrollo de los autos eléctricos y, por tanto, de las energías renovables. ¡Adiós a la gasolina!

Pero esta no es una promesa para el apocalipsis. Ya resopla sobre nuestras nucas, pues la versión del material que se necesita, con cavidades y defectos, no necesitaría tanta liturgia.Por ello, la Unión Europea hurgó en sus bolsillos y sacó una cartera con mil millones de euros para la unificación de los principales implicados en el asunto, 76 centros de investigación académicos y empresariales de 17 países, y acelerar el paso del laboratorio al mercado. Así se constituyó el mayor programa de I+D de la historia de la Unión.

Estructura y aplicaciones del grafeno.

Estructura y aplicaciones del grafeno.
(foto: Infografía: Heber Longás/ El País)

Es que a cualquiera se le hace la boca agua. El grafeno, integrado por átomos de carbono que se ordenan formando una malla hexagonal, posee un solo átomo de espesor. Con ese don, es muy flexible y casi irrompible (de la misma familia de materiales que el diamante), y conduce la electricidad mejor que el arseniuro de galio y el calor, mejor que la plata.

Hasta ahora, los circuitos de computadoras y móviles se imprimen sobre el material que ha posibilitado estallar la revolución informática: el silicio. Estos toleran el paso o no de electricidad por sus venas, permitiendo codificar en sistema binario (ceros y unos; pulso o no pulso) la información que nos hace ciudadanos de Ciberlandia. Pero requiere un consumo de energía abismal y las máquinas se calientan provocando la sinfonía de los ventiladores.

Con alma anoréxica, el grafeno consume mucha menos energía y produce menos calor, a pesar de que sus electrones se mueven con mucha más libertad, 200 veces más rápido que sobre el silicio. Hablamos, pues, del superordenador ecológico en ciernes.

Palabras

Por sus sublimes condiciones, el imberbe grafeno se lleva todos los óscares entre los materiales futuristas. Beatos de la ciencia han visto ya apariciones: teléfonos inteligentes que se doblan y se pueden llevar como pulsera, con baterías biodegradables que se cargan en 16 segundos. Y autos ligeros y resistentes, pintados con un compuesto que absorbe la luz y la transforma en electricidad. Incluso cámaras que toman fotos en completa oscuridad, sin flash.

¿Y por qué rayos no tenemos ya esas bendiciones?

El grafeno atraviesa su propio tortuoso camino. Su producción no ha podido rebasar la nanoescala en laboratorios y ambientes controlados. Para fabricarlo en escala diluviana generalmente se necesitan materiales complicados y contaminantes, o reacciones químicas que crean defectos estructurales, si bien corregibles. De hecho, la simplificación de los procesos para sintetizar el grafeno ha resultado tener muy elevados costos, a pesar de que su materia prima es el carbono, el vulgar carbono nuestro de todos los días, muy abundante y barato.

De las plantas sale el producto en polvo, negro como el carbón. El más caro cuesta unos dos mil 500 euros el kilo, pero se prevé que se abarate hasta los cien euros en tres o cuatro años.Así que el grafeno todavía no representa una revolución tecnológica real.

En 1859, Edwin Drake perforó el primer pozo de petróleo en Pensilvania, pero hasta 1888 no se comercializaron los primeros automóviles de gasolina y hasta 1909 no se desarrolló la tecnología que dio comienzo a la era del plástico. Si bien el líquido viscoso interesó desde el principio, mucho tardó en establecerse como la base industrial del mundo actual.

-. Pentagrafeno, variante teórica del grafeno

A principios de febrero se dio a conocer el desarrollo por parte de Japón, China y Estados Unidos de una variante teórica llamada pentagrafeno, que promete desplazar el chip de silicio.
(foto: Virginia Commonwealth University)

 

La fibra de carbono tardó 40 años en triunfar. El silicio, 20. ¿Campeará algún día el grafeno como se anuncia? ¿O pasará como el furor que hubo por los nanotubos de carbono? Este, junto con el grafeno y los fulerenos, forman lo que se podría llamar la “trilogía del nuevo carbono”. Pero los nanotubos llevaron a la quiebra a muchos inversionistas que produjeron toneladas de estos sin que tuvieran un mercado que demandara su uso.

Cuando apenas empezamos a deslumbrarnos, en la Universidad de Texas han comenzado a trabajar con el siliceno, un material bidimensional hecho de silicio. Similar al grafeno, con él se pueden hacer transistores, dispositivos semiconductores utilizados para amplificar y conmutar señales electrónicas y corriente eléctrica. Del siliceno se aplaude su valiosa comunión con el silicio, sobre todo porque los fabricantes de chips ya saben cómo trabajar con ese semimetal.

Revelaciones

Pocas cosas –un puñado de nuevos plásticos y metales con un tanto por ciento de grafeno– cuentan hoy con la dicha de la malla hexagonal. Novak Djokovic, el tenista número uno del mundo, es de los más beneficiados: su raqueta está hecha con una aleación que usa la versión menos pura del grafeno para distribuir el peso de una manera más eficiente. Por eso le apuesto a Djokovic.

En la aeronáutica el material supondría una sonada revolución. ¿Cuánto se aligerarían los aviones y su consumo de combustible? Pero en esta y otras áreas los avances son mucho más monacales.

La industria de los teléfonos inteligentes sí le ha hecho un templo comercial. Más de siete mil patentes relacionadas con este material y destinadas a este sector han sido registradas en los últimos años. China encabeza el número de patentes.La surcoreana Samsung, entretanto, patentó a principios de 2014 una pantalla táctil flexible de grafeno, gracias a un nuevo método para sintetizar una larga pieza del material en una sola capa. Lo habitual para crear una pieza grande es unir pequeñas partes de grafeno como un mosaico.

A su vez, Nokia desarrolló unas baterías flexibles utilizando material realizado por la empresa vasca Graphenea, la cual se ha especializado en sintetizar mañosamente el grafeno y suministrarlo a varias corporaciones, universidades y centros de investigación.En el año 2010, la Academia Sueca de las Ciencias otorgó el Nobel de Física a los investigadores Andre Geim y Konstantin Novoselov, por un trabajo publicado en 2004. Entonces habían conseguido aislar láminas individuales de grafito, el llamado grafeno, utilizando un simple sistema, similar a la depilación con cinta adhesiva, convirtiéndolo en un material fácil de analizar e investigar. Y la esperanza de muchos en el milagro.


Toni Pradas

 
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