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El Grafeno: propiedades, características y aplicaciones

22 octubre, 2012

Este artículo habla de un nuevo tipo de material del cual ya hemos hablado en alguna ocasión en este blog, el grafeno. ¿De qué está compuesto este material? ¿Qué propiedades y aplicaciones tiene o tendrá en un futuro? Ampliemos la información que ya tenemos.

El grafeno es una forma alotrópica del carbono, es decir, una forma en la que se presenta el carbono. Otras formas alotrópicas del carbono son el grafito o el diamante. Es una sustancia cuya importancia en tecnología es cada vez mayor por lo que me parece interesante comentar algo sobre sus propiedades y aplicaciones.

Está formado por anillos hexagonales de átomos de carbono, uno de los elementos más importantes y abundantes en la naturaleza. Es sabido que el carbono es esencial para la vida tal y como la conocemos y es también el componente de muchos minerales y de muchos combustibles (petróleo, carbón, gases como el butano y el propano, etc.).

Grafeno

GRAFENO

Grafeno

GRAFITO

El grafito es un material de carbono que se puede encontrar en la mina de los lápices que utilizamos a diario.

Como ya comentamos, cada capa de anillos hexagonales del grafeno tiene una altura de aproximadamente de un sólo átomo de carbono y esta característica, junto a la aplicación de técnicas muy especializadas, permiten obtener capas de grafeno extraordinariamente delgadas. Esta posibilidad y otras características del grafeno que veremos a continuación hacen que este material sea cada vez más utilizado en muchos campos tecnológicos con muchas expectativas.

Propiedades del grafeno

El grafeno perfecto contendría únicamente anillos hexagonales aunque en la realidad pueden aparecer anillos pentagonales y heptagonales que se consideran irregularidades e imperfecciones en la estructura del grafeno. Esta estructura es la base de otras sustancias grafíticas como los fullerenos, los nanotubos de fibra de carbono o el propio grafito.

Grafito y grafeno

El grafeno es la unidad elemental básica en 2D para construir todos los materiales grafíticos de las demás dimensiones. Por ejemplo, se puede arquear en estructuras de cero dimensiones (0D), como es el caso de los fulerenos, se puede enrollar en estructuras 1D, dando lugar a los nanotubos de carbono y, finalmente, se puede apilar sucesivamente dando lugar al grafito tridimensional (3D).

Según la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) el término grafeno debe ser utilizado cuándo se hable “de las reacciones, las relaciones estructurales u otras propiedades de capas individuales” de carbono. Teniendo esto cuenta no es correcto describir el grafeno como “capas de grafito” (el grafito implica 3 dimensiones mientras que el grafeno implica uniones de carbono en dos direcciones), “hojas de carbono” y conceptos similares. Así el grafeno se puede definir como un hidrocarburo aromático policíclico infinitamente alternante de anillos de seis átomos de carbono, es decir, sería una molécula plana compuesta por átomos de carbono que forman un patrón de anillos hexagonales.

Propiedades y características más destacadas del grafeno

El grafeno es una sustancia con unas características muy interesantes, algunas asombrosas. Estas propiedades junto a la abundancia de carbono en la naturaleza han hecho al grafeno ganarse el adjetivo de “material del futuro”. Algunas de las características más destacadas del grafeno son:

• Alta conductividad términa.
• Alta conductividad eléctrica.
• Alta elasticidad (deformable).
• Alta dureza (resistencia a ser rayado).
• Alta resistencia. El grafeno es aproximadamente 200 veces más resistente que el acero, similar a la resistencia del diamante, pero es muchísimo más ligero.
• Es más flexible que la fibra de carbono pero igual de ligero.
• La radiación ionizante no le afecta.
• Presenta un bajo efecto Joule (calentamiento al conducir electrones).
• Para una misma tarea el grafeno consume menos electricidad que el silicio.
• Es capaz de generar electricidad por exposición a la luz solar.
• El grafeno es un material prácticamente transparente.
• Es muy denso y no deja pasar al helio en forma gaseosa, sin embargo si deja pasar al agua, la cual, encerrada en un recipiente de grafeno, muestra una velocidad de evaporación similar a la que muestra en un recipiente abierto.

Otras características aún en discusión son la capacidad de autoenfriamiento descrita por investigadores de la Universidad de Illinois o su capacidad de auto-reparación. Si una capa de grafeno pierde algunos átomos de carbono por cualquier motivo, los átomos cercanos al hueco dejado se acercan y cierran dicho hueco, esta capacidad de auto-reparación podría aumentar la longevidad de los materiales fabricados con grafeno, aunque de forma limitada.

Aplicaciones más destacadas

Las propiedades del grafeno lo hacen un material idóneo para múltiples aplicaciones en tecnología, sobre todo en electrónica en la fabricación de circuitos integrados. Se supone que las características del grafeno pueden hacer posible construir procesadores mucho más rápidos que los actuales.
Esta rapidez se ha puesto ya en práctica en la fabricación de transistores de efecto de campo construidos con grafeno. Estos transistores además aprovechan la alta movilidad de portadores con bajo nivel de ruido que presenta el grafeno.

Entre las aplicaciones potenciales del grafeno se pueden citar como las más interesantes:

• Destilación de etanol a temperatura ambiente para combustible y consumo humano.
• Detectores ultrasensibles de gas.
• Moduladores ópticos.
• Transistores de grafeno.
• Circuitos integrados más rápidos y eficientes.
• Electrodos transparentes.
• Dispositivos electrocrómicos.
• Células solares.
• Desalinazación.
• Aplicaciones antibacterianas.

El principal problema actual en la aplicación del grafeno es su producción. Actualmente las investigaciones en la producción del grafeno van por la exfoliación del grafito transfiriendo hojas de grafeno desde el grafito y por crecimiento epitaxial.

A parte del problema de la producción de grafeno en cantidades y coste asumibles para su uso, existen otros argumentos para asegurar que el grafeno no reemplazará al siliceo en los dispositivos electrónicos ni es la panacea tecnológica con la que a menudo se presenta. Por ejemplo, el grafeno no presenta resistividad (resistencia eléctrica) con la que sí cuenta el siliceo. Esta falta de resistencia eléctrica hace que el grafeno no pueda dejar de conducir electricidad, lo que puede ser un gran inconveniente.

Científicos famosos en el campo de la tecnología, como el físico Walt De Heer, apoyan el uso del grafeno como un nuevo material con el que se podrán hacer cosas que el siliceo no puede hacer pero que en ningún caso será sustituto, de hecho De Heer afirma “Nadie que conozca el mundillo puede decir esto seriamente”.


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  • Reply
    cesar
    16 febrero, 2014 at 3:42 pm

    muy interesante.

  • Reply
    cesar
    16 febrero, 2014 at 3:43 pm

    muy interesante. gracias

  • Reply
    Fany
    8 mayo, 2014 at 5:23 pm

    Está muy bien, sería ideal dejar la fuente bibliográfica utilizada, gracias.

  • Reply
    Nuria
    13 mayo, 2014 at 2:08 pm

    Me gustaría saber, si es posible, la fuente de la que se ha extraído la última imagen (desdoblamiento de la capa grafénica en fullereno, nanotubo y grafito), o si es de creación propia, ya que me gustaría incluirla y citarla correctamente en un trabajo científico. Muchas gracias.

  • Reply
    elferes
    16 mayo, 2014 at 3:19 pm

    y lo podre usar para hacer transformadores de potencia para evitar las perdidas en los bobinados por efecto de histerisis o algo asi

  • Reply
    axel garza
    17 mayo, 2014 at 6:30 am

    Me encanto esta informacion es justamente lo que yo estaba buscando

  • Reply
    ulises ruiz
    1 enero, 2015 at 1:50 am

    “SILICIO”

  • Reply
    Ton
    18 abril, 2015 at 10:33 pm

    es muy interesante

  • Reply
    Daniel Rimaund
    11 junio, 2015 at 4:16 pm

    Hola SEAS (no se el nombre del redactor ja), veo que saben del tema. Encontré algo en este vídeo https://www.youtube.com/watch?v=FNJRXYc3xSQ donde dicen, al igual que ustedes, que el grafeno se podría usar para reemplazar paneles solares. Incluso tiran la posibilidad de usar el grafeno para recubrir edificios… Usando una pintra hecha con grafeno. ¿Esto realmente se podría hacer?

  • Reply
    kelly
    14 octubre, 2015 at 2:29 am

    Me gusta mucho, es muy interesante.

  • Reply
    juan carlos migone
    5 marzo, 2016 at 8:53 pm

    extraordinario futuro nos espera con este dominio del GRAFENO . JC

  • Reply
    Omar
    27 marzo, 2016 at 4:24 pm

    Impresionante

  • Reply
    Anonimo ewe
    29 mayo, 2016 at 3:45 pm

    Gracias a esto pude hacer mi trabajo, garcias :v >w<

    • Reply
      SEAS
      30 mayo, 2016 at 2:44 pm

      ¡Nos alegramos!

  • Reply
    Pablo Victoria Carrasco
    14 noviembre, 2016 at 12:27 pm

    EL GRAFENO; tiene propiedades par habsorver ( LAS RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS ) Me interesaria que alguien me informase. Muchas gracias

  • Reply
    Roberedmo vargas
    15 noviembre, 2016 at 12:39 am

    Qué maravilloso hoy en día poder obtener toda esa información. Los felicito gracias

    • Reply
      SEAS
      9 enero, 2017 at 1:19 pm

      ¡Gracias!

  • Reply
    marcelino gutierrez pizarro
    27 diciembre, 2016 at 2:49 am

    el hallasgo de GRAFENO es sumamente de grán importancia y saber que el futuro es promisor , gracias a la labor de los estudiosos en el mundo , la materia prima es grafito que abunda naturalmente en todas partes de la tierra , en resumen gracias a la transformacion de los minerales no metálico el mundo está revolucionando cientificamente y tecnológicamente

  • Reply
    Ing. Nelson. Jose Bueno pineda
    19 febrero, 2017 at 2:55 pm

    Creo que en el futuro, cuando sean mejorado los medios , para ser producir grafeno en cantidades industriales, podremos, resolver unos de los grandes problemas de la aviación, que son los accidentes aereo, creando capas con grafeno hexagonal, que contraresten el impacto producido durante el accidente aereo.

  • Reply
    Victor martinez
    19 marzo, 2017 at 10:47 pm

    Para tratamiento médico se puede utilizar para protejer de las radiaciones producidas por las antenas parabólicas de los móviles y de los contadores de la empresa eléctrica y demás transmisores de electricidad gracias

  • Reply
    víctor quijada
    1 junio, 2017 at 4:47 pm

    Diablos ¡ , es realmente impresionante ; algún indicio de como se descubrió

  • Reply
    Luis Lorenzo
    4 julio, 2017 at 7:44 am

    Quería contactar con alguna empresa que pueda desarrollar una aplicación para aplicar el Grafeno en aluminio . Tengo mucho interés. Quien me puede informar. Gracias.

  • Reply
    ELICINIO OLIVEROS MANCILLA
    1 octubre, 2017 at 9:57 pm

    si el grafeno es un compuesto que tiene carbono como se puede clasificar?

  • Reply
    Moguel
    19 febrero, 2018 at 5:51 pm

    bestial

  • Reply
    Victor Valenzuela
    8 marzo, 2018 at 4:12 am

    Se puede aplicar este compuesto en el tratamiento del pancreas cuando este ha sido seriamente lastimado? puede el Grafeno regenerar las celulas del pancreas?
    Toda informacion sera bien recivida.
    Gracias

  • Reply
    German
    10 abril, 2018 at 3:32 am

    Tecnología del futuro y amenaza a metales básicos, como Cobre .
    Momento de poner en valor grandes yacimientos de Cu en Perú, después puede ser tarde

  • Reply
    Leonel Hoyos
    20 agosto, 2018 at 3:59 am

    Muy interesante, al igual que desarrollo de la electrónica con los semiconductores, recién se están descubriendo sus cualidades. Falta todo el campo de aleaciones con elementos similares.
    Leo Chile

  • Reply
    Rafael Nuñez
    9 octubre, 2018 at 2:00 pm

    Asombroso descubrimiento que llegue pronto a todos.

  • Reply
    Horld
    16 diciembre, 2018 at 11:58 pm

    Hola, muchas gracias por la información! Hay alguna forma en que me puedan dar más información de esto? Para poder hacer una publicación en mi universidad? Muchas gracias de anticipación!

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