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GRAFENO

El grafeno es una sustancia que tiene una estructura cristalina de una sola capa de átomos de carbono, lo cual es inusual, ya que es diferente a todos los materiales de este tipo. Varios investigadores han identificado una forma de hacer esta sustancia, lo que les permite utilizarla en diversos campos y especialmente para los dispositivos electrónicos de alta velocidad.

Se trata de un material transparente y flexible, que muestra una serie de características únicas, que no se encuentran juntas en ningún otro material: el grafeno conduce la electricidad mejor que el cobre y la plata, es el material más rígido conocido, químicamente inerte y biocompatible, puede ser estirado reversiblemente mucho más que otros sistemas, los electrones en el interior se comportan de una manera similar a las partículas elementales relativistas de alta energía, ...

Estas características únicas hacen del grafeno un material extremadamente interesante, desde un punto de vista fundamental, y debido a la posibilidad de nuevas aplicaciones.

Definición del grafeno:

El grafeno se define como una hoja delgada de un átomo de átomos de carbono dispuestos en un formato hexagonal, o una monocapa plana de átomos de carbono, que están estrechamente empaquetados en un retículo de nido de abeja 2D.

Historia:

Descubierto por Hans -Peter Hoehm en 1962 , el grafeno era relativamente desconocido hasta que en octubre de 2010 dos científicos de la Universidad Manchester de (Reino Unido), Andre Geim y Konstantin Novolselov, llevaron a cabo una serie de experimentos sobre la sustancia, por lo que fueron luego fueron galardonados con el Premio Nobel 2010 de Física por sus investigaciones sobre este material. Se descubrió que el grafeno tiene una amplia gama de propiedades notables que prometen revolucionar la industria de la electrónica. El grafeno es una lámina de un átomo de espesor del carbono cuya fuerza, flexibilidad, y conductividad eléctrica han abierto nuevos horizontes para aplicaciones electrónicas, ópticas y de investigación energética y de física de partículas de alta energía.

El grafeno se ha sugerido como un medio para mejorar el rendimiento de los transistores, aumentando la capacidad de las baterías de litio-ion (Li-ion) por un factor de diez, como una manera de crear un 'diodo óptico' para las comunicaciones ópticas a terabytes de velocidad e incluso inducir a los electrones a que se muevan a la velocidad de la luz.

Todas estas aplicaciones potenciales tienen una cosa en común, sin embargo: que están confinados al laboratorio. A pesar de años de investigación y numerosos reclamos de un avance en un campo u otro, el grafeno aún sigue siendo una materia de trabajos científicos en lugar de los productos comerciales.

Al menos, hasta ahora. En que comienzan a salir al mercado nuevos dispositivos de almacenamiento de energía basados en el uso de este prometedor material.

Las pantallas electrónicas flexibles probablemente serán una de las primeras aplicaciones disponibles en el mercado que el material transforma. Si el duro y flexible grafeno sustituye al frágil y costoso óxido de indio dopado con estaño,  un metal precioso clave para hacer trabajar las pantallas táctiles, los fabricantes de productos electrónicos podrían producir teléfonos celulares y tabletas flexibles que no se romperían al caer.

Sin embargo, las propiedades del grafeno permiten mucho más que un teléfono más delgado.

Propiedades del grafeno:

El óxido de grafeno, un material de una sola capa atómica hecha por reacción de polvo de grafito con fuertes agentes oxidantes, tiene la capacidad de convertirse fácilmente en grafeno, un material electrónico transparente de bajo costo y flexible a base de carbono.

El óxido de grafeno se ha conocido en el mundo científico durante más de un siglo y fue descrito en gran parte como hidrófilo, o atraído por el agua. Estas hojas de óxido de grafeno se comportan como tensioactivos, como los productos químicos presentes en el jabón y el champú que hacen que las manchas se dispersen en el agua.

Fig. Óxido de grafeno

El óxido de grafeno de una sola capa (GO), un nuevo y emocionante nanomaterial basado en el grafeno, cuenta con una amplia variedad de aplicaciones debido a su espesor atómico y otras propiedades excelentes. Puede ser reducido de nuevo a grafeno químicamente o térmicamente. Su buena disolubilidad en agua, así como en disolventes orgánicos hace que sea fácil el procesamiento de la solución. La producción de GO basado en un enfoque de química húmeda es de bajo costo y puede ser hecho a gran escala.

1. Es el material más delgado jamás fabricado. Las láminas de grafeno se apilan para formar grafito con una separación interplanar de 0,335 nm, lo que significa que una pila de 3 millones de hojas sería de sólo un milímetro de espesor.

2. El grafeno es un semiconductor de brecha cero (“zero gap”). Por lo tanto, tiene una alta movilidad de electrones a temperatura ambiente. Es un superconductor. La transferencia de electrones es 100 veces más rápida que el Silicio.

3. El grafeno tiene un registro de resistencia a la rotura 200 veces mayor que el acero, con una resistencia a la tracción de 130GPa.

4. El grafeno puede ser utilizado para crear circuitos que son casi superconductores, con la posibilidad de acelerar componentes electrónicos hasta unas 1000 veces.

 

Fig. Circuito electrónico de grafeno

5. Los electrodos de grafeno utilizados en las baterías de iones de litio podría reducir los tiempos de recarga de dos horas a unos 10 minutos. El grafeno es una de esas maravillosas sustancias que siguen dando para más. Su uso más reciente es uno que podría afectar a la vida de todos. Especialmente cuando se trata de nuestros dispositivos móviles. Esto se debe a una membrana de grafeno, perforado con una red de pequeños agujeros, es el secreto para una mayor duración. Una batería puede mantener una gran cantidad de energía, pero se necesita mucho tiempo para cargarla. Un condensador se puede cargar muy rápidamente, pero no tiene una cantidad comparable de energía.

Un condensador de grafeno es el mejor de ambos: tarda sólo unos segundos para cargarse, pero almacena una gran cantidad de energía. Imagine que es capaz de cargar su ordenador portátil usado o la batería de teléfono en 30 segundos, y el coche eléctrico en pocos minutos. También, a diferencia de las baterías, supercondensadores de grafeno no son tóxicos.

Durante el último par de años, la investigación para mejorar las baterías de litio-ion (Li-ion) han recurrido al grafeno, sobre todo después de que investigadores de la Universidad Northwestern intercalaran con éxito una capa de silicio entre las láminas de grafeno en los ánodos de las baterías de Li-ion.

6. Es tan impermeable que el helio, cuyos átomos son lo suficientemente pequeños para filtrarse a través de las paredes de los tanques de acero, no puede penetrar en grafeno.

7. Es tan flexible como el caucho y tan claro como el cristal ligeramente teñido.

"Es un material perfecto", dijo Alexander Star, un profesor de química que lidera un grupo de investigación de nanopartículas en la Universidad de Pittsburgh.

Aplicaciones:

  • Nuevos dispositivos tales como pantallas táctiles, Micro pantallas y monitores
  • Facricación de chips, diseños de circuitos
  • Células solares
  • Micro células de combustible
  • Sistemas de despliegue de airbag y giroscopios en control electrónico de estabilidad de coches
  • Sensores de Presión, Micro puntas y sondas
  • Los coches podrían bajar hasta dos tercios de su peso, gracias al grafeno. El investigador Mohammad Islam de la Carnegie Mellon University lideró a un grupo que hizo pequeño andamio de grafeno en torno al cual se vertieron polímero fundido. Puede ser que con el tiempo será posible, dijo Islam, poder hacer un material tan ligero como el plástico, tan fuerte como el aluminio y que se convierta en trozos lo suficientemente grandes como para construir un coche.

 

 

 

 

 

 
 

 

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