Grafeno, un punto de inflexión

La tecnología es tan buena como los materiales con los que está hecha.

Gran parte de la era de la información moderna no sería posible sin el silicio y la Ley de Moore; y los autos eléctricos serían mucho menos viables sin los avances recientes en la ciencia de los materiales detrás de las baterías de litio.

Es por eso que el grafeno, un supermaterial bidimensional hecho de carbono, es tan emocionante. Es más duro que los diamantes, 300 veces más fuerte que el acero, flexible, transparente; y un mejor conductor que el cobre (alrededor de 1.000x).

Si cumple con su potencial, el grafeno podría revolucionar todo, desde las computadoras hasta el almacenamiento de energía.

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Destronando al silicio

Para desplazar el estrellato -hasta ahora indiscutido- del silicio; que dio nombre a la meca tecno “Silicon Valley” hay que reunir propiedades verdaderamente revolucionarias y diferenciadoras. Ultraflexible y liviano, el grafeno es el material que soportará la “vida touch” y las pantallas traslúcidas. Hoy el gramo de grafeno cuesta 100 dólares, el doble que el oro. Europa, Asia y  Estados Unidos se pelean por liderar la carrera científica que; con este nuevo material, transformará la vida cotidiana de todos nosotros.

No obstante, el silicio lleva 40 años de ventaja en cuanto a industrialización e investigación; así que puede ser un buen complemento del grafeno, más que un competidor.

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Competencia internacional

Incidentalmente, no fue en Estados Unidos donde comenzó el proceso de investigación de este material, sino en Europa. La Unión Europea (UE)  fue la primera comunidad internacional que levantó la bandera de la investigación del grafeno; e instó al mundo a invertir en dicho material.  En pos de lograrlo, la UE confeccionó el proyecto conocido como Graphene Flagship (bandera del grafeno); donde se propone invertir 1,4 billones de dólares en investigaciones por 10 años. Estados Unidos y Asia entraron un poco más tarde a la carrera investigativa del revolucionario descubrimiento científico-tecnológico; pero cada uno está intentando tomar la delantera.

No obstante es indiscutible que Inglaterra tiene cierta ventaja. No en vano fue en dicha nación, específicamente en la Universidad de Manchester; donde estudiaron los científicos Andre Geim y Konstantin Novoselov, descubridores del grafeno y ganadores por este avance del Premio Nobel de Física 2010. Por ello, el centro prometió formar el grupo más avanzado de investigación sobre grafeno invirtiendo 100 millones de dólares.

Otra inversión considerable -de 30 millones de dólares -fue la realizada por el Centro de Singapur; el primer centro de investigación localizado en Asia, en el marco de la Universidad que lleva el mismo nombre.

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Empresas españolas y líderes mundiales ya empiezan a ver potencial en el grafeno

También en España, ya existen algunas empresas que han comenzado a producir a pequeña escala este innovador material. Por ejemplo, la empresa donostiarra Graphenea; que está trabajando para disponer lo antes posible de una línea industrial de producción de grafeno.

En América -sin contar a las grandes potencias del norte -es Brasil la nación que mejor parada se encuentra con sus investigaciones; al punto que se espera que pueda competir  en la posibilidad de crear una industria propia de grafeno. Esto es gracias a que en Brasil existe el MackGrafe; el primer centro de estudios de grafeno del país en la Universidad de Mackenzie, San Pablo, con una inversión de 15 millones de dólares. En el MackGrafe se está estudiando cómo el grafeno puede ser usado en sistemas de fibra óptica; lo que permitiría que los cables de tráfico redunden en un internet cien veces más rápido.

Las empresas, por supuesto, también están interesadas en participar en estas investigaciones. Corporaciones como IBM y Nokia ya estudian la creación de tablets con materiales resistentes y pantallas traslúcidas; además de computadoras de mesa 100 veces más rápidas construidas con chips realizados con circuitos de  grafeno.

Sus propiedades llamaron la atención de varias industrias dado que la gama de productos que pueden beneficiarse con el grafeno es vasta: aviones y autos más leves y económicos; pilas con la posibilidad de ser recargadas en 5 segundos y smartphones y tablets ultrafinos,  transparentes, flexibles y resistentes a choques y caídas.

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Propiedades y explicaciones básicas

El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal similar al grafito; pero en una hoja de un átomo de espesor. Es muy liviano: una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan sólo 0,77 miligramos. Para extraerlo es preciso utilizar variados procesos químicos.

Es 40 veces más fuerte  que el acero, traslúcido y flexible. Es ultraliviano: un bloque compuesto por grafeno de 16 milímetros cúbicos pesa apenas 2,5 miligramos. Más resistente que todo lo conocido hasta ahora y el mejor conductor eléctrico. Su resistencia al flujo de electricidad es casi cero: es un conductor eléctrico 1000 veces más eficiente que el cobre y 100 veces mejor que el silício. Por si fuera poco, el grafeno es el único material conocido que puede combinar todas esas características simultáneamente.

¿Otro punto a favor? Se tardan 30 minutos para conseguir pocos gramos del material. Y 150 gramos de grafeno puro con una espesura equivalente a 1 millonésimo de espesor cuesta 15.000 dólares.

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Potencialidades de empleo

Este material es ideal para la confección de cables de internet, donde se podrán almacenar on line 500.000 músicas en un segundo;  para construir filtros capaces de eliminar cualquier impureza – incluyendo la sal- de líquidos o que podría por ejemplo; transformar un mar en una reserva de agua potable. Una botella de grafeno a diferencia de una de plástico es impermeable contra gases como helio y oxígeno. En muchos casos como el de la leche triplicaría los plazos del vencimiento.

“Ya que el grafeno está formado por una única capa de espesor, los transistores son muy sensibles a cualquier molécula que se deposite en su superficie. Por eso, es un material idóneo para fabricar sensores químicos y biológicos; de ADN, por ejemplo”, declaran los investigadores.

Sin embargo, entre las posibilidades que ofrece el grafeno una de las más atractivas a nuestra sociedad es la Conectividad Total. Expertos consideran que lo más tangible e inmediato que notaremos del grafeno; es que resolverá los problemas para alcanzar la llamada conectividad total. Además, el grafeno cuenta con capacidad de multiplicar la señal que sea. Léase, que cualquier conexión -inalámbrica o no -llegue con toda su potencia a los dispositivos que reciban datos de ella; porque tendrán una especie de “repetidor”. Algunos de estos inventos combinarán la “sensibilidad” del grafeno con la “habilidad” del silicio.

Nobel para un supermaterial

Tal vez lo más curioso es que este nuevo material está por casi todas partes, pero “empaquetado” de un modo en que no se comporta de forma tan espectacular: teníamos carbón (carbono con estructura amorfa), diamantes (estructura cristalina) y grafito (una forma que agrupa láminas de átomos). Pero no teníamos grafeno. Hasta que, en 2004, Andre Geim y Kostya Novoselov, de la Universidad de Manchester (Reino Unido); separaron una sola de esas láminas.

Su descubrimiento estuvo relacionado con la  herencia de una tradición de la física y de la química; de remover la estructura de sustancias naturales en busca de nuevos elementos: por ejemplo el acero que se extrae del hierro. El grafeno fue el primer material 2D en ser aislado en un laboratorio.

El Nobel de Física de 2010 fue para Andre Geim y Konstantin Novoselov, y fácilmente se puede asegurar que se concedió justamente al grafeno. En 2004, Geim y Novoselov le declararon al mundo a través de la prestigiosa revista Science: “Descubrimos partículas de grafito monocristalinos; con pocos átomos de espesura, pero estables en condiciones ambientes y de notable alta calidad”. Tres años después de ese descubrimiento -en 2007 -y luego de minuciosos estudios de laboratorio; el dúo científico escribió un texto más ambicioso y profundo sobre los alcances del material. Ahí afirmaron: la carrera por el grafeno ya comenzó. No mucho después Novoselov y Geim fundaron Graphene Industries, y de allí en adelante tuvieron la certeza que; de alguna manera, tenían el futuro en sus manos.

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Carlos

Joven emprendedor cubano, lleno de sueños y ambiciones. Director del proyecto Rincón-Cubano, con muchas ganas de trabajar y sacarlo adelante. Aficionado de la escritura y amante de este mi país

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