Grafeno: El supermaterial del futuro
Por: Miguel Rea
El grafeno es un material hecho a base de átomos de carbono unidos bidimensionalmente entre sí de manera tal que cada átomo de carbono constituye el vértice de un hexágono y de hexágonos periféricos formando láminas de grosor atómico; similar a la estructura de un panal de abeja, per más delgado, mucho, mucho más delgado, del grosor de un átomo. El grafeno fue descubierto en 2004 y se deriva del grafito, también un compuesto de carbono del que está hecha la punta de los lápices. Se dice que el grafeno es un alótropo del carbono, los alótropos son materiales del mismo elemento en los que los átomos están unidos en forma diferente. Otro alótropo del carbono es el diamante, pero en ese caso los átomos de carbono están unidos formando una látice tetrahedrica tridimensional. El grafeno, por el contrario, es el primer cristal bidimensional que se conoce. La importancia del grafeno como material fue casi inmediatamente reconocida por la comunidad científica y tecnológica y sus descubridores Andre Geim and Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester, fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 2010; sólo 6 años después de su aislamiento y caracterización. Como muchos descubrimientos, el del grafeno fue accidental. Efectivamente, a pesar de mucho esfuerzo invertido desde 1859 no había sido posible aislar un cristal bidimensional como el grafeno, pero en 2004 eso fue posible con algo cotidiano; cinta masking colocada en una pieza de grafito!
La gran atención que ha recibido el grafeno se debe a sus extraordinarias propiedades físicas y químicas. El grafeno tiene propiedades eléctricas, térmicas, mecánicas y ópticas que superan, por mucho, las propiedades de otros materiales de uso común y que permiten un amplio espectro de usos y aplicaciones, desde aplicaciones ingenieriles hasta aplicaciones médicas. Efectivamente, el grafeno es el material más delgado, más ligero y más fuerte que se conoce, es más duro que el diamante y aproximadamente 200 veces más fuerte que el acero. Por si eso no fuera suficiente, el grafeno es un excelente conductor del calor y la electricidad, es transparente, flexible y a pesar de que tiene estructura laminar puede formar estructuras esféricas, tubulares o puede apilarse adoptando prácticamente cualquier forma. Dos áreas de gran interés son la aplicación del grafeno en microelectrónica y en nanomedicina. Algunas áreas nanomédicas en las que se investiga su uso son bioimagen, biosensores, cultivo de tejidos, detección de cáncer, diagnóstico de enfermedades, elaboración de compuestos antibacteriales, elaboración de materiales antivirales, terapia fototérmica, administración de medicamentos e ingeniería de tejidos (como reparación y regeneración de nervios), entre otros. En microelectrónica se investiga su uso como recubrimiento de elementos electrónicos, en la fabricación de sensores, semiconductores, procesadores de gran frecuencia, cables de alta velocidad, súper baterías, cámaras fotográficas ultra sensibles, etc. Se visualiza que por su transparencia y flexibilidad en el futuro se podrán tener pantallas flexibles para por ejemplo sistemas de navegación en el parabrisas de los autos, televisiones en ventanas, sistemas de visualización en lentes de contacto, aparatos electrónicos flexibles que puedan adaptarse al cuerpo y ropa inteligente, entre otras cosas que hoy solo hemos visto en películas de ciencia ficción. Aún más, el grafeno puede modificarse químicamente para producir nuevos materiales con nuevas propiedades y esos materiales pueden combinarse para mejora sus características por lo que las posibilidades son muy prometedoras. Ciertamente hay preocupación acerca de la toxicidad y el impacto ambiental de productos hechos a base de grafeno y esas son actualmente áreas de intensa investigación.
Las potenciales aplicaciones del grafeno han dado como resultado el surgimiento de una nueva industria relacionada con ese material y han posicionado al grafito, la materia prima para el grafeno, como un material tan importante como otros metales preciosos. Actualmente existen alrededor de 140 empresas en el mundo relacionadas con el grafeno incluyendo minas de grafito y empresas que producen, comercializan o venden productos hechos a base de grafeno, empresas que hacen investigación sobre grafeno o venden tecnologías para la industria del grafeno. Una de esas industrias, CTDAT, se encuentra localizada en México. Por esas razones, y porque la química es parte de nuestras vidas, la molécula de esta semana es el grafeno, el súper material del futuro.
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