16 ene. 2013

Que es el grafeno ?¿

El grafeno es un nuevo material nanométrico bidimensional, obtenido a partir del grafito en 2004 por los científicos andre geim y konstantin novoselov,, es una hojuela cuasiplana con pequeñas ondulaciones, dando la apariencia de un panal de abejas, con un grosor de un átomo de carbono (0,1nm). su producción ha estado, hasta hoy, restringida a nivel laboratorio,. posee unas extraordinarias propiedades que exhibe, tales como un efecto hall cuántico anómalo, un comportamiento como semiconductor gap superficial y ausencia de localización electrónica, entre otras, las cuales vislumbran que serán de gran utilidad en computación, electrónica y ecología entre otros muchos.
Caracterizar un material es definir sus propiedades con respecto a parámetros físico-químicos, de éstos la dimensionalidad, la conductividad eléctrica, la cualidad microscópica, la continuidad macroscópica, la resistividad y la estabilidad termodinámica son algunos de los más representativos. por tanto, para caracterizar el grafeno es necesario, precisamente, someterlo aun análisis riguroso determinando el grado en que estos parámetros se manifiestan.
 El grafeno es un material formado por capas, que comprende desde una hasta 10 capas superpuestas. sus propiedades están en función de su dimensionalidad. tomando como base discriminatoria la especificidad de sus propiedades, el grafeno puede ser clasificado en 3 tipos:  monocapa, bicapa y multicapa (entre 3 y 10). sin embargo, presentan un conjunto de propiedades  comunes que permiten caracterizar los tres tipos como grafeno.
 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
El grafeno es un material completamente nuevo, no sólo es el material más delgado jamás obtenido sino también el más fuerte. El Grafeno conduce la electricidad tan bien como el cobre y como conductor de calor “supera a todos los materiales conocidos”, señaló la Academia. Además, es casi completamente transparente y es tan denso, que ni siquiera el helio, el átomo de gas más pequeño, lo puede atravesar.
Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen:
  • Alta conductividad térmica y eléctrica.
  • Semiconductor.
  • Alta elasticidad y dureza.
  • Resistencia (el material más resistente del mundo).
  • El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo.
  • Soporta la radiación ionizante.
  • Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.
  • Menor efecto Joule, se calienta menos al conducir los electrones.
  • Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.


Gracias a sus propiedades el grafeno se convertirá en un producto con múltiples aplicaciones que generará incontables beneficios para la sociedad. Entre los principales usos que se le dará uso al grafeno en la industria están:
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.
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.
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.
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.
Aviación
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.
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.
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.
 

1 comentario:

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