Formacion, empleo: El Grafeno, un mundo alucinante |
| El Grafeno, un extraordinario material obtenido hace siete años y que supuso el Nobel de Física del 2010, esta respondiendo a las expectativas y día a día se está convirtiendo en la clave en la electrónica del futuro y probablemente de la civilización futura.
Un material cuyas increíbles propiedades, todavía en estudio y seguramente otras por descubrir, están siendo objeto de investigación en miles de laboratorios, empresas y universidades en todo el mundo.
Setiembre 2011
Aunque ya lo hemos descrito en artículos anteriores no está demás un repaso a este material único.
Un material único
El Grafeno, que se obtiene del grafito, está formado una red cristalina de átomos de carbono que esta constituida por hexágonos cuyos vértices están ocupados por un átomo de carbón, definiendo una especie de panal de abejas, pero cuyo espesor es de solo uno o unos pocos átomos.
Este material es extraordinariamente conductor tanto eléctrico (sus electrones se mueven cien veces más rápido que en el silicio) como térmico, es muy transparente, resulta mas resistente que el mismo diamante y doscientas veces más que el acero, muy flexible, tan denso, que ni siquiera el gas helio( el átomo más pequeño) lo puede atravesar, muy sensible a cualquier molécula que se deposite en su superficie y todo ello en finísimas capas de un átomo de espesor (un millón de veces más fino que una hoja de papel).
Otra interesante propiedad es que si al Grafeno se le aplica una señal eléctrica de cierta frecuencia, genera otra onda del doble o el triple de frecuencia (es un multiplicador de frecuencias) por lo que permite trabajar a frecuencias de reloj mucho más altas de las actuales.
A nivel cuántico, el Grafeno presenta nuevas propiedades aún mas interesantes que hacen que el electrón se comporte como una partícula sin masa (como los fotones y los fermiones), con una velocidad unas cuatrocientas veces menor que la de la luz pero mucho mayor que la de los electrones en los metales, y que permiten realizar en un pequeño trozo de Grafeno muchos experimentos que hasta ahora solo se podían hacer en aceleradores de partículas como el CERN
Un material de bajo costo
Aunque se puede obtener del Grafito por simple exfoliación, se puede conseguir a partir de diversas fuentes basadas en el carbono, uno de los materiales más abundantes de la Tierra.
Recientemente Investigadores de la Universidad de Rice han obtenido el Grafeno del azúcar común y han demostrado que es posible fabricarlo a partir de cualquier producto orgánico, desde galletas a basura orgánica lo que lo hace extraíble a un costo realmente bajo.
En estos últimos dias se ha conseguido un método para sintetizar grafeno a gran escala, de forma fiable y gran calidad, mediante la utilizacion en el proceso de hidrógeno.
Los desarrollos actuales basados en Grafeno
Sus aplicaciones presentes y futuras son increíbles, se utilizará en todo tipo de aparatos tanto electrónicos como ópticos, sobre todo en pantallas táctiles, para fabricar computadoras más rápidas o en células solares fotovoltaicas.
Es un material ideal para construir sensores químicos y biológicos, por ejemplo de Adn, detectores de explosivos y de células biológicas, permitiendo obtener tests genéticos más sencillos, baratos y precisos.
Ya se están diseñando detectores de infrarrojos basados en Grafeno para la fabricación de cámaras de visión nocturna con mayor resolución que las actuales.
Samsung, en Corea del Sur, ha fabricado las primeras pantallas de Grafeno de treinta pulgadas, enrollables, táctiles y transparentes y pronto veremos Ipads, Notebooks y portátiles enrollables o plegables.
En el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) se ha construido la radio más pequeña del mundo usando Grafeno.
Esta misma entidad esta probando la integración entre la electrónica y la biología en un sensor sobre el que se depositan células vivas que se comunican mediante impulsos eléctricos y químicos, usando la capacidad del Grafeno de detectar cualquier cambio de su conductividad producida por una modificación química o eléctrica de las células situadas sobre una película de dicho material.
Otro importantísimo campo donde el Grafeno va a conseguir nuevos y grandes avances es el de las telecomunicaciones, las empresas mas importantes del sector lo están utilizando en los prototipos de la próxima generación de dispositivos que serán decenas o cientos de veces más rápidos que los actuales de cable, consiguiendo así conexiones de Internet ultrarrápidas, debido a la enorme movilidad y velocidad de los electrones en este material.
El Grafeno se está utilizando como aditivo del combustible en los aviones supersónicos para aumentar la eficiencia de sus motores, consiguiendo mayor potencia y a la vez, una reducción del consumo y de la contaminación atmosférica.
Usando Grafeno han desarrollado un nuevo material para iluminación completamente reciclable.
Este mismo año verán la luz las primeras baterías de Grafeno capaces de recargarse en unos 10 minutos (contra varias horas de las actuales), permitiendo el almacenamiento de energía durante períodos de tiempo más largos a la vez que las hace más seguras ya que evitan un calentamiento excesivo, esto constituye un avance decisivo para la industria del automóvil y para la informática y telefonía móvil que verán aumentar su autonomía y funcionalidad sensiblemente.
IBM ha presentado este año un transistor de Grafeno que trabaja a 155 Ghz de velocidad, sin necesidad de refrigeración y en la UCLA (University of California, Los Ángeles) en 2010 se construyó (con Grafeno) el transistor más rápido hasta la fecha, de 300 Ghz de velocidad, pero llegarán a trabajar hasta mil veces más rápido que los actuales con un coste muy inferior y una eficiencia muy superior lo que llevará a computadores y teléfonos móviles cientos veces más potentes que los ordenadores actuales e integrados con su propia alimentación en laminas transparentes y plegables.
Y los prometedores desarrollos que vienen
Las extraordinarias características cuánticas del Grafeno permitirán el desarrollo de nuevos dispositivos Nanomecanicos ultra miniatura como resonadores, membranas y nanosensores capaces de detectar moléculas individuales.
Se espera que en el Grafeno se puedan obtener puntos cuánticos (estructuras de algunos cientos de átomos donde los electrones están atrapados en un espacio de tres dimensiones como en un solo átomo, la materia estructurada en puntos cuánticos tiene propiedades controlables a voluntad) para utilizarlos como qbits de de un computador cuántico, con muchas más ventajas sobre las técnicas usadas actualmente en este nuevo computador.
El Grafeno junto con nanoestructuras metálicas facilitará la fabricación de células solares fotovoltaicas muy baratas, ligeras y flexibles en lugar de las de silicio puro, permitirá aumentar la generación de electricidad (pueden captar veinte veces mayor cantidad de luz), por su transparencia, estas células solares podrían aplicarse directamente en las mismas ventanas o aplicarlas en la pared, terrazas o en el tejado e incluso pueden colocarse encima de otros paneles solares, aumentando la cantidad de energía generada de una misma área.
Su enorme resistencia mecánica, junto con su flexibilidad y ligereza permitirá desarrollar cascos de Grafeno para el ejército o para motoristas que además podrán contar con servicios de localización Gps, visualización o comunicación, todos ellos integrados en él.
Cuando se obtengan industrialmente planchas de Grafeno de dimensiones suficientes se fabricarán ligerísimos, impenetrables y flexibles chalecos antibala, mucho más resistentes que los actuales de Kevlar y metales ligeros, que resultan pesados, gruesos y poco flexibles, con la posibilidad adicional de disponer de conexiones a Internet que permitan comunicar el estado general del portador.
Por su altísima resistencia, flexibilidad y conductividad eléctrica, se está estudiando la aplicación de este material para la construcción de músculos e incluso huesos de Grafeno.
El Grafeno presenta un efecto antibacteriano que permitirá fabricar vendajes bactericidas.
Por sus formidables propiedades electrónicas el Grafeno llegará a sustituir a la tecnología del silicio con grandes ventajas, entre ellas: mayor posibilidad de miniaturización, mayor potencia y velocidad, mucho menor consumo, integración de los circuitos electrónicos en las mismas pantallas de visualización y mayor resistencia mecánica.
Los plazos se acortan
Las aplicaciones se están haciendo realidad en plazos cada vez más cortos y las empresas comienzan a desarrollar y comercializar los primeros productos.
Para que un material nuevo pase del laboratorio a la industria suelen pasar entre 15 y 30 años y después otros 10 más para la producción en serie, en el caso del Grafeno apenas cinco años han sido suficientes para inundar el ámbito industrial, lo que demuestra las posibilidades de este increíble material.
El Grafeno permitirá eliminar de industria electrónica otros materiales más caros y muy contaminantes, como el óxido de titanio o el óxido de estaño indio que ahora se utilizan en la mayor parte de las aplicaciones electrónicas transparentes.
Mediante este material se conseguirá a medio plazo el dispositivo único que integre televisión, teléfono, ordenador, Gps e Internet todo en una lamina transparente, táctil, flexible y plegable.
Dado el ingente numero de investigaciones actuales sobre el Grafeno y el extraordinario abanico de aplicaciones no es difícil deducir que esta nueva tecnología coexistirá durante años con la del silicio para ir sustituyéndola paulatinamente y dirigiéndonos hacia una nueva civilización tecnológica que volverá a revolucionar costumbres y comportamientos personales y sociales.
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