El grafeno y sus posibles aplicaciones en la electrónica

Posted on 3 febrero, 2011 por

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El grafeno, ese material novedoso, duro, bidimensional y extremadamente flexible por el que los científicos rusos Andre Geim y Konstantin Novoselov consiguieron el Premio Nobel 2010 de Física, es una realidad desde 2004. Sin embargo, los estudios sobre su posible existencia y sus magníficas propiedades se remontan a la mitad del siglo XX. Durante este tiempo, los físicos estudiaron sus propiedades matemáticas e, incluso, algunos llegaron a concluir que un material de estas características no podía existir. Según Elsa Prada, investigadora del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), “se pensaba que, si se conseguía aislar una sola capa de grafito, estaría tan llena de defectos que sería inestable a temperatura ambiente”.

Ahora, el grafeno no sólo es una realidad, sino que puede significar una completa revolución tecnológica. Para Elsa Prada, es un material “tan prometedor en distintas ramas de la ciencia y la tecnología que puede llegar a abrumar”.

Según un artículo que la científica publicó en El País junto a Fernando Bartolomé, investigador  del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (CSIC-UZ), las potenciales aplicaciones del grafeno en la electrónica son “inmensas”. Al ser un material resistente y un excelente conductor de la electricidad, puede utilizarse para fabricar como recubrimiento de pantallas táctiles o células solares, lo que supondría grandes cambios en el mundo de la informática, el ocio y el almacenamiento de energía y datos. De hecho, la multinacional americana IBM, dedicada a la fabricación y distribución de productos informáticos, ya anunció a principios de 2010 la creación de un transistor basado en el grafeno que ofrece una velocidad de procesamiento de 100GHz, aproximadamente 25 veces más rápido que las computadoras actuales compuestas de silicio.

IBM sólo ha dado el primer paso en la creación de procesadores de alta velocidad, pues las posteriores investigaciones sobre el grafeno serán claves para mejorar sus posibilidades.

El “Gigante azul” no ha sido la única empresa en comenzar a fabricar productos con grafeno. La coreana Samsung, líder mundial en la industria electrónica, en colaboración con  la Universidad Sungkyunkwa de Corea del Norte, ya ha comenzado a fabricar en serie láminas de grafeno. ¿Para qué? Para obtener pantallas táctiles flexibles, enrollables y con circuitos integrados “invisibles”. Esto solucionaría los problemas de portabilidad de los ordenadores actuales y aumentaría la velocidad de procesamiento de datos, es decir, permitiría la fabricación de dispositivos diminutos y rápidos.

Pero surge una duda: ¿el grafeno, con sus potenciales aplicaciones, reemplazará los aparatos electrónicos que utilizamos actualmente? No, puesto que también se prevé utilizar este material para mejorar la tecnología existente, no sólo para sustituirla. Es el caso de las baterías de aparatos domésticos como los teléfonos móviles o los ordenadores portátiles. El litio, actualmente, es el material más utilizado en estos dispositivos, pero presenta problemas como el excesivo tiempo de carga o su corto ciclo de vida. La empresa de materiales Vorbeck investiga desde hace unos meses el uso del grafeno para el almacenamiento de energía. Gracias a sus propiedades podrían darse grandes beneficios. Por ejemplo, la batería de un teléfono móvil de última generación tarda en cargarse una media de tres horas, mientras que las investigaciones de Vorbeck concluyen que el grafeno permitiría cargas completas en menos de 10 minutos en dispositivos con mayor capacidad de almacenamiento, al tiempo que alargaría el período de duración y reduciría drásticamente el calentamiento de las mismas o los cortocircuitos producidos por un exceso de energía.

El esquema de composición del grafeno, basado en átomos de carbono distribuidos en una red hexagonal dando lugar a una resistente lámina de sólo un átomo de grosor, es el que le otorga la característica de excelente conductor de la electricidad y procesamiento de datos a gran velocidad.

El grafeno como aislante

La electrónica es el campo donde este material podría tener más influencia, pero no es el único. La investigadora Elsa Prada considera al grafeno como “el material del futuro”, cuya aparición podría suponer también beneficios para la medicina. Al margen de su posible uso para la elaboración de prótesis más resistentes –‘músculos de grafeno’-, su flexibilidad, densidad y resistencia –ni un átomo de helio puede traspasarlo- ofrecen la posibilidad de utilizar el grafeno como material envolvente de medicinas para que éstas queden completamente aisladas del exterior, como si de papel film se tratase.

También mejoraría el rendimiento de aparatos de reconocimiento corporal, como los escáneres, y, según Prada, “debido a su sensibilidad electrónica local ante cualquier átomo cercano, podría usarse para la secuenciación de ADN”.

En definitiva, hablar del grafeno es referirse al descubrimiento del material más fuerte de la Tierra. Es flexible, resistente, transparente, extremadamente fino y barato, pues se obtiene a partir del grafito, un componente abundante en la naturaleza y en la rutina diaria de los seres humanos. ¿Quién no tiene un lápiz?

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