ACTIVIDAD DE LECTURA

Instrucciones leer e indicar las palabras claves y las frases principales. A

partir de ello desarrolla un resumen, e investiga sus aplicaciones hoy en

día. Escribe una reflexión sobre el futuro y otras aplicaciones del

grafeno.

LECTURA

La Real Academia de las Ciencias de Suecia ha galardonado con

el Premio Nobel de Física a André Geim y Konstantin Novoselov,

como reconocimiento a sus aportes indispensables para el desarrollo

del grafeno. Este material, que posee una estructura bidimensional útil

para el desarrollo de dispositivos electrónicos nunca vistos hasta ahora,

revolucionará la tecnología del futuro. Desde los transistores hasta las

pantallas táctiles, pasando por nuevos paneles solares, todo parece mejor

y más eficiente si se construye con grafeno.

Siguen los anuncios de la Real Academia de las Ciencias de

Suecia. Hace algunas horas se dio a conocer el nombre de los afortunados

ganadores del Premio Nobel de Física correspondiente a este año. Se trata de

dos científicos de la Universidad de Manchester (Reino Unido), André

Geim y Konstantin Novoselov. El trabajo que les ha permitido hacerse con el

preciado premio tiene relación con uno de los materiales más revolucionarios

que se han “descubierto” en las últimas décadas: el grafeno.

André Geim y

Konstantin Novoselov.

El grafeno no es otra cosa que una capa muy delgada -en rigor de verdad,

puede ser tan delgada como el espesor de un átomo- de carbono, el mismo

material del que se compone un diamante o la mina de un lápiz. Cuando los

átomos de carbono se distribuyen de la forma apropiada para formar el

grafeno, se convierte en un compuesto casi mágico, que posee aplicaciones

potenciales en el campo de la electrónica. Según los expertos, el grafeno hará

posibles ordenadores más eficaces y veloces que los actuales, pantallas

electrónicas flexibles y paneles solares más delgados, con un rendimiento

nunca visto, entre muchos “milagros” más. Konstantin Novoselov era un

alumno de doctorado de André Geim en el momento que hicieron este

descubrimiento. Ambos científicos obtuvieron las primeras muestras de este

material que hoy asombra al mundo por sus sorprendentes propiedades físicas

mediante un procedimiento extremadamente simple: “arrancando”, con un

trozo de cinta adhesiva, capas de la superficie de un bloque de grafito. El

grafito es un material extremadamente barato y abundante, y es la forma de

carbono que utilizamos para construir las minas de los lápices.

El grafeno es un material

bidimensional, compuesto por átomos de carbono.

A diferencia de Robert G. Edwards (85 años), quien a principios de esta

semana obtuvo el Premio Nobel de Medicina, estos dos galardonados son

jóvenes. Geim, que cuenta con un doctorado en Ciencias Físicas otorgado por

la Academia Rusa de Ciencias de Chernogolovka, tiene 51 años. Su colega y

ex alumno Novoselov, hoy -al igual que Geim- se desempeña como

catedrático en la Universidad de Manchester, recién ha cumplido 36 años.

Ambos son rusos de nacimiento, pero desde hace tiempo se encuentran

trabajando en el Reino Unido. Están eufóricos por la noticia, y reconocen que

“no esperábamos ganar el Nobel”. Los científicos, al igual que Edwards y los

demás galardonados cuyos nombres aún no se conocen, recibirán su premio el

10 de diciembre.

APLICACIONES

Se podría decir que la piel de los dioses está bendecida con este nuevo

material que irrumpe con fuerza en las tecnologías del siglo 21. Sus

propiedades son innumerables y sus asombrosas capacidades. Esta

forma especial del carbono promete un punto de inflexión en el mundo

del futuro y convertirse en el pan nuestro de cada día en la tecnificada

sociedad occidental. Pronto dejaremos atrás el dominio del silicio para

entrar en la época dorada del carbono gracias a la variante

llamada grafeno. Esta será tu biblia para saberlo todo sobre este exótico

y definitivo material.

Las páginas de ciencia gotean cada vez con mayor profusión todo tipo

de noticias relacionadas en el grafeno, un material sorprendente que parece ser

capaz de sustituir a viejos conocidos de la tecnología y aumentar sus

capacidades hasta límites increíbles. Esta sustancia casa idealmente con otra

palabra de futuro: la nanotecnología. Gracias a ella, el grafeno se convertirá en

un producto con múltiples aplicaciones que generará incontables beneficios

para la sociedad. Aún se encuentra en fases iniciales de experimentación

porque resulta complicado fabricarlo debido a su peculiar estructura pero las

expectativas son elevadas y las esperanzas muchas. Vamos a conocer en

profundidad la historia, características y posibilidades de este fascinante

material.

El carbono forma parte indisoluble

de nuestra propia existencia

HISTORIA

El carbono tiene la culpa de que exista la vida. Sólo por esto ya deberíamos

asombrarnos por sus extraordinarias características. Pero esta es sólo una cara

de las muchas que tiene este elemento fundamental de la tabla periódica.

Dependiendo de cómo se distribuyan los átomos y formen diferentes

estructuras, obtendremos resultados portentosos en cuanto a las peculiaridades

que presenta el material. Si lo sometemos a enormes presiones y altas

temperaturas, conseguimos diamantes. Si los átomos se unen en láminas

planas, formando un panal de abejas hexagonal con un átomo en cada vértice

y situamos muchos panales uno sobre otro, se tiene grafito (su uso más

popular son las minas de los lápices).

Si se enrolla una porción de una de esas láminas en forma de esfera, como un

balón de fútbol, se producen fullerenos, unas moléculas de tan gran interés

que a sus descubridores se les concedió el Nobel de Química del año 1996.

Finalmente, si se enrolla una lámina de esas en forma de cilindro, lo que

obtenemos son los famosos nanotubos de carbono. El grafeno sería una de

esas láminas extendida, con un espesor de sólo un átomo, siendo casi

bidimensional, como una hoja de papel infinitamente delgada.

El

jovencísimo Kostya quedará para la posteridad como el padre del grafeno

La juventud del descubrimiento de este nuevo material es impactante. Apenas

hace 5 años que aparecieron los primeros estudios en la revista Science por

parte de un grupo de Manchester y otro ruso, el del Dr. Kostya

Novoselov, del Instituto para la Tecnología de la Microelectrónica en

Chernogolovka, Rusia. En el año 2005, junto con otros investigadores

holandeses e, independientemente, Philip Kim y sus colaboradores de

Columbia University, exploraron algunas de las propiedades electrónicas del

grafeno y lo más actual es un artículo, enviado a publicar a la revista Physical

Review Letters, así como una excelente y recentísima revisión en la

revista Nature Material, sobre la consecución práctica de fabricación de las

membranas de grafeno de un átomo de espesor, con aplicaciones prácticas

muy diversas.

El efecto

Hall generador por el grafeno le hace ser un excelente semiconductor

- El grafeno, actuando como semiconductor estable y bidimensional permite

que los electrones se muevan libremente por el camino que más convenga, no

ceñidos a un camino recto como en los transistores convencionales basados en

las capacidades semiconductoras del silicio, que es empleado para crear

pequeñísimos tubos por donde fluye la corriente eléctrica. Además, al

contrario que en otros sistemas bidimensionales que tengan pequeñas

impurezas, en el grafeno los electrones no se pueden quedar aislados en zonas

donde no puedan salir.

En resumen, el grafeno es un semiconductor que puede operar a escala

manométrica y a temperatura ambiente, con propiedades que ningún otro

semiconductor ofrece y todo apunta a que se podrán crear nuevos

miniaturizados dispositivos electrónicos insospechados con este material,

pudiéndonos acercar rápidamente a la prometedora computación cuántica, por

lo que, previsiblemente toda la humanidad se verá favorablemente afectada.

Aunque la realidad de sus aplicaciones no se evidenciará hasta que aparezcan

los primeros productos comerciales, su importancia es ya enorme en la física

fundamental porque gracias al nuevo material los fenómenos relativísticos

cuánticos, algunos de ellos no observables en la física de alta energía, pueden

ahora reproducirse y probarse en experimentos de laboratorio relativamente

sencillos.

Su peculiar estructura

desafía las leyes de la física

USOS

• Blindaje

Para que podamos hacernos una idea de la dureza del grafeno, Jaffrey Kysar y

James Hone, propusieron una curiosa analogía. Comparó las pruebas

realizadas por su equipo con poner una cubierta de plástico sobre una taza de

café y medir la fuerza que requeriría pinchar esa cubierta con un lapicero.

Pues bien, según explicó Hone, si en lugar de plástico lo que se pusiera sobre

la taza de café fuera una lámina de grafeno, después situáramos encima un

lápiz, y en lo alto de éste colocáramos un automóvil que se sostuviera en

equilibrio sobre él, la lámina de grafeno ni se inmutaría. Se puede decir, sin

duda, que el grafeno es el material más duro del mundo.

SI colocamos un

coche encima de la punta, no sería capaz de atravesar una lámina de grafeno

• Informática

La industria de semiconductores –uno de los campos donde el material parece

ser más prometedor–, que tiene la intención de construir ordenadores mucho

más rápidos que los actuales mediante el desarrollo de microprocesadores con

transistores de grafeno, no cabe de júbilo con los resultados de las

investigaciones que se están haciendo con el grafeno. Precisamente uno de los

principales impedimentos en la construcción de microprocesadores es la

presión –según explica Julia Greer, investigadora del Instituto Tecnológico de

California (Caltech) –, y los materiales usados para fabricar los transistores no

sólo deben tener excelentes propiedades eléctricas, “sino que también deben

ser capaces de sobrevivir a la tensión a que se ven sometidos durante el

proceso de fabricación y al calentamiento generado por repetidas

operaciones. El proceso utilizado para estampar conexiones eléctricas

metálicas en los microprocesadores, por ejemplo, ejerce una tensión que

puede provocar el fallo de los chips.”

Greer concluye que “el calor es demasiado para que los materiales lo

soporten”. Pero tras las pruebas realizadas sobre la resistencia del grafeno,

parece quedar demostrado que éste es capaz de soportarlo.

Los chips de grafeno se

encuentran a la vuelta de la esquina

El español Tomás Palacios, profesor del MIT, ha conseguido fabricar

transistores de grafeno 10 veces más rápidos que los de silicio. Los chips del

revolucionario material, de un átomo de espesor, podrían alcanzar velocidades

de 1.000 GHz. Esto demuestra lo cerca que está de desbancar al elemento

clásico de la era de la información.

También se crearán discos duros del mismo tamaño de los de hoy día, pero

capaces de almacenar 1.000 veces mas información. Científicos del Leibniz

Institute for Solid State and Materials Research en Dresden, Alemania, acaban

de inventar una novedosa técnica en donde es posible utilizar la estructura

intrínseca del grafeno, para necesitar en el orden de 1.000 veces menos átomos

para mantener una estructura lo suficientemente resistente como para aguantar

los constantes cambios electromagnéticos requeridos para escribir y leer

información.

También le llegará el turno a

los discos duros

• Electrónica

Una startup en Jessup, Maryland, espera poder lanzar al mercado este año uno

de los primeros productos basado en el grafeno. Vorbeck Materials está

fabricando tintas conductoras basadas en el grafeno y que pueden ser

utilizadas para imprimir antenas RFID (identificación por radiofrecuencia,

por sus siglas en inglés) y contactos eléctricos para pantallas flexibles. La

compañía, que se aprovecha del bajo coste de las tintas de grafeno, posee un

acuerdo con el gigante de productos químicos alemán BASF para lanzar al

mercado este producto en breve. Será la prueba definitiva de que el grafeno es

un material del presente.

Se fabricarán

contactos eléctricos para pantallas flexibles

• Aviónica

El Pentágono ha asignado tres millones de dólares a la Universidad de

Princeton para que desarrolle diminutas hojas de grafeno que, añadidas al

combustible empleado en los motores de los aviones supersónicos, consigan

una optimización en su funcionamiento y una reducción en el consumo y la

contaminación ambiental. Según los científicos, este desarrollo puede

alumbrar el nacimiento de una nueva era en los motores de combustión de

las aeronaves. Los aditivos de combustible fabricados con partículas

minúsculas de grafeno podrían lograr que los aviones supersónicos vuelen aún

más rápido y que sus motores lleguen a contar con mejores condiciones de

eficiencia y protección de la sostenibilidad ambiental.

Los aviones

supersónicos optimizarán el combustible con aditivos de grafeno

• Investigación

¿Te suena de algo el acelerador de partículas del CERN? El complejo, que

ocupa kilómetros cuadrados cerca de Ginebra (Suiza), sirve para explorar el

mundo de lo infinitamente pequeño para buscar los elementos fundamentales

de la materia. Los físicos están tratando de usar el grafeno para fabricar una

especie de acelerador en miniatura. "En un fragmento de grafeno de un único

centímetro cuadrado es posible realizar muchos de los experimentos que

hasta ahora requerían laboratorios como el del CERN". Si se convierte en

realidad, los científicos podrían buscar el Bosón de Higgs, una partícula

elemental hipotética, que aún no ha sido observada, y conocida como la

partícula Dios, en un laboratorio que cabe en la yema del dedo.

El majestuoso LHC se podría reducir a un dispositivo del tamaño de una

manzana

• Energía

Los investigadores ven una amplia variedad de aplicaciones para el papel de

óxido de grafeno, incluyendo su uso en membranas con permeabilidad

controlada, y para las baterías o ultracondensadores destinados a usos en el

ámbito energético. Estos dispositivos de almacenamiento de energía podrían

ayudar al almacenar brotes repentinos de energía, por tanto, supondría una

ayuda para aprovechar el irregular suministro por parte de las fuentes

“verdes”.Esto revolucionará el concepto de energía renovable y la elevará a

unas cotas de eficiencia nunca vistas.

Como vemos, la promesa de una nueva era basada en el carbono (y no en el

silicio) se acerca a marchas forzadas. En un plazo medio, nos podemos ver

inundados de dispositivos, mecanismos y tecnologías basadas en el grafeno,

con unos rendimientos varios órdenes de magnitud por encima de lo que

estamos acostumbrados ahora.

Los dioses se visten de carbono y pronto nos regalarán un desfile por la

pasarela de las maravillas tecnológicas.

Información: Grafeno