El carbono es considerado un elemento esencial para la vida debido a sus propiedades químicas extraordinarias. Estas propiedades hacen del carbono un material versátil que permite formar enlaces químicos consigo mismo para adoptar una variedad de configuraciones que exhiben propiedades físicas y químicas únicas. A dichas configuraciones se les conocen en química como «alótropos de carbono». Entre estos, se encuentra el mineral más duro localizado en la naturaleza: el diamante, y el más blando: el grafito.
Así mismo, otro alótropo de carbono considerado uno de los materiales más interesantes del mundo de la ciencia de los materiales es el grafeno. Este material saltó a la fama en 2004, cuando se publicaron las investigaciones de los profesores Geim y Novoselov. Debido a su gran aportación a la ciencia fueron galardonados en 2010 con el Premio Nobel de Física «por sus experimentos fundamentales sobre el material bidimensional grafeno».
El grafeno es un material nanométrico y bidimensional, compuesto por átomos de carbono dispuestos en una lámina plana muy delgada, unidos fuertemente y organizados en una estructura hexagonal en forma de panal de abeja (figura 1). Es considerado 300 veces más fuerte que el acero, cinco veces más ligero que el aluminio, es más duro que el diamante, como conductor de calor y electricidad supera a todos los materiales conocidos incluidos el cobre o el oro. Por estas razones ha sido nombrado el «material del futuro».
Uno de los retos actuales que tiene la comunidad científica, es desarrollar nuevas formas de preparación de grafeno de alta calidad a escala masiva, desde el punto de vista de la investigación como de aplicación. Entre los principales derivados que se han obtenido por métodos químicos a escala masiva son el óxido de grafeno (GO) y óxido de grafeno reducido (rGO) con aplicaciones potenciales.
Figura 1. Imágenes de grafeno obtenidas desde un microscopio electrónico de transmisión (TEM).
Grafeno hoy en día
Desde su descubrimiento en estado puro, el grafeno se ha relacionado con una amplia gama de aplicaciones en campos tan variados como la tecnología, industria, ciencia ambiental y de materiales. Entre estas aplicaciones se incluyen: fototransistores, fotodetectores, dispositivos fotovoltaicos, diodos emisores de luz orgánicos (OLED), circuitos integrados, LCD (pantallas de cristal líquido), sensores biológicos y de gas, electrodos, baterías, membranas de adsorción de gas y desalinizadoras de agua, supercapacitores, entre otras más.
En la actualidad, varias empresas ya comercializan productos a base de grafeno; por ejemplo, en diciembre de 2011, la empresa Vorbeck Materials mencionó que el dispositivo de alarma antirrobo Siren utiliza sus circuitos Vor-Ink basados en grafeno, este fue el primer producto comercial disponible en el mundo basado en grafeno. Igualmente, la industria del deporte fue una de las primeras en adoptar productos a base de grafeno y en 2013 la empresa HEAD comenzó a distribuir raquetas de tenis mejoradas con grafeno (YouTek Graphene Speed).
El grafeno también se ha involucrado en el mercado de la tecnología de consumo; por ejemplo, el teléfono inteligente Mate 20 X de Huawei, utiliza «tecnología de enfriamiento de película de grafeno» para fines de disipación del calor, este sistema único de enfriamiento utiliza grafeno flexible con aperturas microscópicas que le permiten al dispositivo doblarse y cubrir la superficie completa para brindar un enfriamiento parejo y efectivo.
Otra empresa que ha adoptado el grafeno es Ford, que utiliza cubiertas de espuma reforzada con grafeno para componentes ruidosos, como el motor o las bombas, en sus autos F-150 y Mustang 2019, las partes resultan ser un 17% más silenciosas, un 20% más fuertes y un 30% más resistentes al calor.
Debido a todo lo mencionado, el grafeno sin duda posee la cualidad de ser «mágico» por su infinita cantidad de aplicaciones en la ciencia y tecnología. Y por lo tanto se espera que en un futuro no muy lejano su uso sea más frecuente.
M.C Dulce Kristal Becerra-Paniagua / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Dra. Hailin Zhao Hu / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto de Energías Renovables | Universidad Nacional Autónoma de México
Dra. Araceli Hernández Granados / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto de Ciencias Físicas | Universidad Nacional Autónoma de México