El Grafeno

El Grafeno y los nanotubos de carbono son formas alotrópicas del carbono cuyas propiedades (resistencia, flexibilidad, conductividad, etc) abren la puerta a su integración en múltiples aplicaciones en el campo de la electrónica.

Un grupo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, del inglés Massachusetts Institute of Technology), una institución de educación superior privada situada en Cambridge (Massachusetts)  hay varios grupos de investigación que trabajan tanto con el grafeno como con los nanotubos de carbono, con este último material, un equipo ha conseguido desarrollar, a partir de los nanotubos, una nueva fuente de energía con la que alimentar sistemas electrónicos de tamaño reducido.

El equipo en cuestión, integrado por el Profesor Asociado del MIT Michael Strano y su equipo de investigación en el área de la nanotecnología, junto al profesor asociado del Royal Melbourne Institute of Technology (Australia) Kourosh Kalantar-zadeh, aprovecharon una reacción quimica producida en un grupo de nantotubos para generar electricidad.

Lo que hizo este grupo de investigación fue recubrir los nanotubos de carbono con un material llamado nitrocelulosa que es inflamable y que al quemarse incrementó su temperatura generando una corriente eléctrica de gran intensidad.

Los nanotubos han demostrado una versatilidad y son fáciles de fabricar, se tenía conocimiento que eran capaces de producir electricidad al ser calentados, pero el sistema implementado en el MIT, denominado Nanodynamite es uno de los más simples y eficientes.

Esta reacción podría utilizarse, por ejemplo, para desarrollar una nueva generación de baterías que alimentasen sistemas autónomos o sistemas embebidos, aumentando su autonomía sin necesidad de fabricar una batería de gran tamaño puesto que, precisamente, esta es una de las primeras aplicaciones prácticas para generar energía a escala nanométrica.

El propio Kalantar-zadeh ha explicado el procedimiento en la última edición de la IEEE Spectrum Magazine y resaltado que la reacción química con la que generaron electricidad tiene una eficiencia de tres a cuatro veces superior a la generada por una batería de litio. Es dificil comparar este sistema con las baterías tradicionales, ya que el dispositivo basado en nanotubos puede generar electicidad a partir del calor, mientras que las baterías “de toda la vida” se limitan a almacenar la electricidad producida por otro dispositivo y devolverla cuando el circuito al que están conectadas lo necesitan.

En todo caso, el Nanodynamite se parece más a una pila que a una batería. Kourosh Kalantar-zadeh  dice que “al recubrir un nanotubo con un combustible denominado nitrocelulosa y encender uno de sus extremos la combustión y, por supuesto, el calor se propagó a lo largo de la estructura demostrando la buena conductividad de este material, generando además una corriente eléctrica de gran intensidad.” Si bien se trata solamente de un experimento, los resultados son lo suficientemente interesantes como para que se justifique una investigación más profunda, que podría producir el conocimiento necesario parta desarrollar una fuente de energía pequeña y eficiente con la que alimentar los dispositivos moviles del futuro.

Las aplicaciones del grafeno (algunas aún potenciales y otras llevadas ya a la realidad y la práctica) incluyen desde sus usos electrónicos –dadas sus extraordinarias propiedades conductoras y semiconductoras–, hasta la futura construcción de ascensores espaciales, pasando por la fabricación de corazas humanas en el ámbito de la seguridad, por ejemplo un chaleco antibalas de una flexibilidad sólo comparable a su extrema resistencia, y tan fino como el papel.

La última novedad sobre el grafeno, según informa en un comunicado la Universidad de Columbia,
es que, por primera vez, los investigadores han confirmado lo que ya se sospechaba: que se trata del material más fuerte jamás testeado.

Nanoestructuras de carbono
Conviene recordar que se trata de un material obtenido a partir del grafito, con la reseñable particularidad de que aquél consiste sólo en una de las capas que conforman a éste. Es decir, y para ubicarnos en el orden nanométrico al que nos estamos refiriendo: la lámina de grafeno tiene el grosor de “un” átomo; independientemente de las formas y estructuras que pueda adquirir (por ejemplo, los nanotubos, si la lámina se enrolla en forma de cilindo, o las buckyballs –traducidas como fullerenos o como buckybolas–, si la lámina se enrolla en forma de balón), o cuántas de esas capas puedan superponerse o combinarse para sus aplicaciones y usos industriales.

Como curiosidad, para obtener las capas individuales de grafeno a partir del grafito (previamente frotado sobre una lámina de silicio) en los laboratorios universitarios se ha venido utilizando el llamado “método del celo”, que consiste en aplicar una “cinta adhesiva” doblada a los dos extremos de la pieza de grafito, y después separándola; y repitiendo el proceso varias veces hasta la obtención de una única capa. Todo ello (cinta adhesiva incluida) a escala nanométrica, claro.

En algunas universidades se viene pagando unos 10 dólares a los becarios por realizar este trabajo. Para su producción industrial se continúan investigando y desarrollando métodos obviamente distintos al “del celo” y, dada la cantidad de nuevas potenciales aplicaciones que día a día se plantean para el grafeno y las extraordinarias propiedades del mismo que una y otra vez se descubren o se confirman, se espera que pronto pueda hacerse a gran escala y bajo coste.

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Atte. LC