El Grafeno, ¿Origen de la nueva revolución industrial?

El grafeno es sin duda el material más importante que se ha descubierto en los últimos años. De incalculables aplicaciones en muchas áreas tecnológicas y científicas, a continuación vamos a dilucidar cuál es el origen del grafeno, qué es el grafeno y cuáles son algunas de las aplicaciones potenciales del grafeno.

El descubrimiento del grafeno tiene lugar en el año 2004 por los investigadores de origen ruso Andre Geim y Konstantin Novoselov aunque su popularidad no llegó hasta el año 2010 cuando ambos científicos fueron premiados con el Premio Nobel de física

El afán de los científicos en conseguir materiales mucho más resistentes, estrechos y de mejores prestaciones ha estado siempre muy presente en la ingeniería de materiales, hasta que estos científicos consiguieron lo impensable con tan sólo una lámina de grafito y un trozo de cinta adhesiva.  

En efecto, el grafeno proviene del grafito, tanto si es de origen natural como artificial. Como es bien sabido, el grafito es un material lamidado compuesto en su estructura por átomos de carbono que desarrollan un trío de enlaces covalentes en un plano único con un ángulo de 120º, dándole una estructura con forma de hexágono bidimensional.

Estos científicos, pasando sucesivas veces la cinta adhesiva sobre la superfície del grafito, consiguieron aislar una capa unitaria de las que conformaban este grafito original con un espesor de tan solo un átomo de carbono. Este nuevo material fue denominado "grafeno"

Es por tanto que el grafeno, es un material carbonoso (formado por átomos de carbono en todo su conjunto) de un átomo de espesor. Se trata de un entramado hexagonal y bidimensional, es decir, en un plano de dos direcciones, formado por éstos átomos de carbono enlazados covalentemente a partir de la superposición de sus orbitales híbridos sp(2) de los átomos enlazados:

Figura 1. Ilustración del origen del grafeno a partir del grafito.

Algunas de las principales características que hacen que el grafeno sea un material revolucionario y pueda aportar grandes posibilidades de desarrollos tecnológicos y científicos son:

• Una gran dureza y resistencia (por encima del acero), que hacen que este material sea uno de los más duros y resistentes conocidos hasta el momento.
• Una gran flexibilidad. Aunque se trata de un material duro y resistente, su bajo grosor hace que el grafeno tenga una gran flexibilidad dando lugar a una cantidad inmensa de posibilidades que hasta entonces eran inpensables como por ejemplo pantallas táctiles flexibles de móviles o ipad a partir de la formación de nanotubos o esferas de grafeno.

Figura 2. Ejemplo de algunas de las aplicaciones tecnológicas del grafeno

• Una alta capacidad catalítica. Debido a su gran dureza y resistencia,  su entramado hexagonal y su alta área superficial, el grafeno puede mejorar los aspectos catalíticos (durabilidad y actividad) en los sectores del refino de petróleo y petroquímica así como otros sectores y procesos donde sea necesario mejorar estas prestaciones.
• Una gran conductividad térmica. En este aspecto, el grafeno presenta casi el doble de capacidad térmica que el diamante, lo que le concede grandes oportunidades en el desarrollo de la transmisión térmica.
• Una alta capacidad a la conducción eléctrica. Esto se debe a que la resistencia al paso de corriente eléctrica sea prácticamente nula como consecuencia de tener tan solo un átomo de espesor y un único plano espacial.
• Una alta capacidad fotosensible. Hace unos años se descubrió que el grafeno es capaz de generar señales eléctricas (electrones excitados) cuando sobre el incidían fotones de luz. En este sentido, el grafeno es mucho más eficaz y eficiente con respecto a los fotodetectores y  células fotovoltaicas actuales ya que, por un lado es capaz de generar señales eléctricas con fotones de diferentes frecuencias (desde la luz visible hasta el infrarrojo) y consecuentemente responder a un intervalo más amplio de longitud de onda, y por otro lado, generar señales eléctricas más amplias que las actuales, es decir, por cada fotón que incide, es capaz de generar mayor número de electrones excitados.

Figura 3. Desarrollo de las células fotovoltaicas a partir de grafeno

Aunque si bien es cierto, el grafeno se encuentra aún en fase experimental y por tanto, sólo se fabrica a escala industrial para investigaciones científicas y tecnológicas a escala piloto, el grafeno no solo se aplica a campos de investigación como la aeroneutica, química, física, refino y petroquímica, farmaceutica, medicina y energía entre otros muchos, sino que además ha contribuido en el desarrollo de nuevos materiales como el grafano o grafino.

Para concluir el artículo, quisiera mencionar una ventaja que subyace en el fondo de toda esta cuestión, y que no es otra que el origen del grafeno. Como hemos repetido en numerosas ocasiones, el grafeno tiene origen en el grafito, que si bien es de origen fósil, éste no procede del petróleo, por lo que gran cantidad de países tienen acceso a este material a través de sus minas de carbón y/o grafito como el caso de España.

España es un gran país productor de grafito, esto le concede la ventaja de tener las fábricas más imporantes del mundo en producción de grafeno, como son la de Yecla (Burgos), Guipúzcoa o la Rioja.

No solo el grafeno es un material revolucionario en cuanto a tecnología y ciencia se refiere, sino que además, aporta la gran ventaja de ser accesible a gran parte de los países del mundo y por tanto, evitando especulaciones del tipo económico y estrategias mercantiles geopolíticas como en el caso del petróleo y del gas. Esto sin duda, amortigua e impulsa el crecimiento y desarrollo industrial de los países mundiales.

Nuevamente espero que el artículo haya sido de gran interés.

Hasta pronto!