Que es el grafeno y para qué sirve

El grafeno se obtiene a partir de una sustancia abundante en la naturaleza, el grafito. Ésta, forma parte de nuestra vida cotidiana, ya que se emplea para fabricar muy variados objetos, desde la mina de los lápices hasta algunos ladrillos. Pese a que el grafeno se conoce desde la década de 1930, fue abandonado por considerarlo demasiado inestable. No fue hasta muchos años después, en 2004, cuando los científicos de origen ruso Novoselov y Geim consiguieron aislarlo a temperatura ambiente. Gracias a él obtuvieron el Premio Nobel en 2010. Los expertos consideran que su utilidad es prácticamente ilimitada y que las barreras a su aplicación únicamente son las de la imaginación humana. El grafeno es, además, el material más fuerte que existe. Lo han confirmado científicos en la universidad de Columbia y publicando el hallazgo en la revista 'Science'.

Calificado como el 'material de dios' el grafeno está considerado el material del futuro y se aplica en múltiples campos distintos: Ordenadores, coches, teléfonos móviles, equipos de música son cosas de la vida cotidiana en las que el grafeno se podría llegar a aplicar. Por sus propiedades, el grafeno puede servir como material en la fabricación de aviones, satélites espaciales o automóviles, haciéndolos más seguros. También en la construcción de edificios, pues los convertiría en más resistentes.

Pero destacan sus aplicaciones en el campo de la electrónica, donde a través de su capacidad para almacenar energía puede dotar a las baterías de una mayor duración y un menor tiempo de carga, establecer conexiones más rápidas e incluso contribuir a mejorar el medio ambiente sustituyendo a materiales contaminantes que hoy en día nos vemos obligados a utilizar.  No hay que olvidar su relevancia en el ámbito de la salud. Las prótesis de grafeno podrían sustituir a las actuales, de diversos materiales. O incluso se podría aplicar para mejorar el tratamiento de algunas enfermedades.

¿Cómo es el Grafeno?

Es un material muy duro, resistente, flexible y muy ligero; lo que permite moldearlo según las necesidades de cada caso. Conduce muy bien tanto el calor como la electricidad; y permanece en condiciones muy estables cuando se le somete a grandes presiones.

El grafeno es capaz de generar electricidad a través de la energía solar, lo que le convierte en un material muy prometedor en el campo de las energías limpias. El grafeno tiene una capa atómica de carbono con un átomo de espesor con una distribución en celosía como el nido de una abeja.

HISTORIA

Hace poco más de cinco siglos, Colón buscó una ruta alternativa para llegar a las deseadas Indias. Con grandes esfuerzos (y falta de confianza de sus contemporáneos), marchó en la dirección contraria a la del resto de navegantes. En el camino, sin esperarlo, hizo un descubrimiento que cambiaría el futuro de la humanidad. La historia nace a menudo de iniciativas que desafían el camino establecido, de personas que se aventuran en la otra dirección.

Esta actitud es la que llevó hace seis años al descubrimiento de un material que amenaza con revolucionar el mundo de la tecnología. El grafeno era hasta hace poco una quimera, un modelo teórico usado por los físicos que nunca se había logrado sintetizar. Se trata de la membrana más fina posible, pues es carbono de un átomo de grosor, y tiene la apariencia de una tela transparente y flexible, a la par que resistente y conductora de electricidad. El carbono del que está hecho es un elemento fascinante, pues si bien es muy común (nosotros mismos estamos compuestos en gran parte de carbono), da lugar a muy diversos materiales tan solo cambiando la forma en la que unos átomos se unen a otros. Cuando se empaqueta densamente en una estructura tridimensional, tenemos un diamante. Cuando se organiza en capas bidimensionales débilmente unidas, tenemos grafito, con el que se fabrican las minas de los lápices.

Pues bien, para comprender el grafito y sus derivados, los físicos llevaban 50 años estudiando las propiedades matemáticas del grafeno. Una de ellas era precisamente la de que un material así no podía existir. Se pensaba que, si se conseguía aislar una sola capa de grafito, estaría tan llena de defectos que sería inestable a temperatura ambiente. En 2004, el físico Andre Geim, de la Universidad de Manchester, buscaba una nueva línea de investigación para un estudiante de doctorado que acababa de llegar. No siempre es fácil tener a mano un tema nuevo. Konstantin Kostya Novoselov, que así se llamaba el recién llegado, iba a aparecer en su despacho en cualquier momento y no sabía qué ofrecerle. Entonces tuvo una idea. Otro de sus estudiantes estaba investigando el grafito. Para el estudio de este material, es necesario que su superficie esté lo más pulida y limpia posible. Para ello, en estos laboratorios de alta tecnología se usa un método bastante rudimentario. Simplemente se pega un trozo de cinta adhesiva sobre la muestra y se tira con garbo. De esta forma se arrancan las capas más superficiales, que suelen estar dañadas y contaminadas, y se analiza el grafito restante. Las cintas de celo usadas para el pulido se tiran sin más. Sin embargo, en un giro genial, a Andre se le ocurrió mirar en esa otra dirección, la de los restos pegados al celo, y proponerle a Kostya el estudio de las capas de grafito que normalmente se desechan. Lo que ninguno de los dos se imaginaba es que, entre los cientos de laminillas pegadas a la cinta, algunas serían monocapas cristalinas de grafito, o sea, grafeno, cuyas propiedades revolucionarían la física de los materiales.

Casualmente, en 2005, un importante profesor español y experto en grafito disfrutaba de un año sabático en la Universidad de Boston. Francisco Paco Guinea, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, y otros dos colegas, Antonio Castro Neto y Nuno Peres, vieron los resultados de Kostya y se dieron cuenta de que no solo se hallaban ante una proeza experimental, sino ante un hito en el campo de la física. Resulta que los electrones del grafeno se comportan de una manera muy especial. No se rigen por las ecuaciones que usualmente describen el comportamiento de materiales normales, como los semiconductores o los metales, sino que se parecen a los de partículas muy difíciles de generar y detectar, para cuyo estudio se construyen gigantescos aceleradores de partículas como el LHC de Ginebra. Gracias en gran parte a la visión de Paco, el grafeno nos brinda la posibilidad de acceder a esta física de altos vuelos con pocos medios y desde el modesto laboratorio de una universidad.