Grafeno, un material bidimensional, de Enric Bertran Serra en Dinero de La Vanguardia

Grafeno, un material bidimensional, de Enric Bertran Serra en Dinero de La Vanguardia

El grafeno es un material basado en carbono puro, muy común, utilizado en las minas de los lápices Puede empezar una auténtica revolución industrial, con grandes repercusiones en la economía mundial. Bruselas ha prometido una inversión de mil millones de euros en diez años en proyectos de investigación España desempeña un papel significativo a escala mundial en el campo del comercio del grafeno.

Hace pocos años que oímos hablar de este descubrimiento. De hecho, fue desde el premio Nobel de Física 2010 –que fue otorgado a Andre Geim y a Konstantin Novoselov “por experimentos innovadores en relación con el grafeno, material de dos dimensiones” – que el gran público se dio cuenta de las potencialidades de este aparentemente poco conocido material.

A todo el mundo sorprendió, incluida la comunidad científica, que un material basado en carbono puro, muy común, que hemos utilizado desde siempre en las minas de los lápices, resulte ahora uno de los materiales con propiedades más extremas si las comparamos con las que presentan los materiales conocidos hasta ahora. Sus posibles aplicaciones se extienden a casi todos los campos de la ciencia y la tecnología. Es un material revolucionario tanto por sus características mecánicas como por las electrónicas, químicas, magnéticas u ópticas.

Sin embargo, ¿qué es el grafeno? No resulta demasiado difícil de visualizar. Es un material muy sencillo, constituido por carbono puro, tan delgado como la dimensión de un solo átomo, similar a una malla de gallinero a escala atómica, y que se puede extender en dos dimensiones de forma ilimitada. En los nudos de la malla está donde encontramos los átomos enlazados y perfectamente dispuestos formando hexágonos regulares. En el mundo de la nanotecnología, el grafeno se clasifica como un nanomaterial, como es el caso de los nanotubos de carbono o de las partículas nanométricas.

Lo que hace extraordinario el grafeno es su elevada estabilidad y fortaleza a pesar de tener sólo dos dimensiones. Sorprende que uno de los primeros métodos de obtención del grafeno (justamente el que utilizaron los premiados por el Nobel) se base en la exfoliación del grafito pirolítico mediante una simple cinta adhesiva. En su forma amorfa, el grafito se utiliza en las minas de los lápices, las escobillas de los motores eléctricos, en aceites lubricantes o en las barras de control de las centrales nucleares.

Otros materiales bidimensionales, en forma de minerales exfoliables como la pizca o la moscovita, están constituidos por moléculas más o menos complejas, pero no hay otro mineral, aparte del grafito, formado por un único elemento (carbono), que sea capaz de mantenerse estable hasta el grosor de un solo átomo. Que el grafito cristalino consiste en el apilamiento de muchas láminas de un solo átomo era conocido desde hace mucho tiempo. Lo que no se sabía era cómo obtener una lámina estable del grosor de un solo átomo.

Si nos fijamos en las propiedades mecánicas del grafeno vemos que, gracias a la fortaleza de sus enlaces, es centenares de veces más resistente y elástico que el acero, a pesar de ser hasta tres veces más ligero. Eso abre las posibilidades de uso del grafeno como material estructural ultraligero que, cuando se pueda obtener industrialmente, probablemente llegue a desplazar a todo tipo de nuevos materiales (polímeros, aleaciones de aluminio, aceros, titanio y fibras de carbono) como los utilizados en las modernas bicicletas, en las estructuras de los aviones y naves o en las carrocerías de los vehículos, en las prótesis óseas, o para fabricar utensilios de todo tipo, para el hogar, los deportes, la industria, o se podrá utilizar como refuerzo en nuevas y espectacularmente resistentes fibras textiles.

Pero las características de este material revolucionario no se limitan a las aplicaciones estructurales. Hay que fijarse en los nuevos hallazgos publicados casi a diario que nos informan de nuevas aplicaciones en campos tan diversos como la electrónica, la energía, la química, la medicina, la biología, el magnetismo, la óptica o las comunicaciones. A modo de ejemplo, entre las propiedades que hacen valioso el grafeno tenemos su elevada conductividad eléctrica, más alta que la de los metales más conductores, como el cobre o la plata.

Por otra parte, a pesar de ser un material que absorbe fuertemente todo tipo de luz, como el grafito, es altamente transparente debido a que es tan delgado. La combinación de estas dos características abre un abanico inmenso de aplicaciones posibles en todo tipo de pantallas de TV, de ordenadores, de móviles, de relojes y de pantallas táctiles.

Los materiales que actualmente se utilizan en estos dispositivos se denominan TCO (óxidos transparentes y conductores), algunos de ellos basados en elementos como el indio, que resulta estratégico debido a su escasez. La sustitución de estos óxidos por grafeno es una buena noticia, no tan sólo por la mejora funcional que ofrece, sino también porque el carbono es muy abundante y se puede reciclar.

Además, sus características mecánicas ofrecen todavía otra ventaja, la posibilidad de hacer pantallas y dispositivos electrónicos flexibles o, todavía más, que se puedan estrujar, como una hoja de plástico o un pañuelo de bolsillo, sin perder funcionalidad. Esta característica abre grandes posibilidades para combinar electrónica y productos textiles, por ejemplo, o hacer irrompibles y más robustos los dispositivos portátiles de uso habitual.

Desde el punto de vista científico, el grafeno ofrece toda una serie de características nuevas y todavía desconocidas que plantean continuas oportunidades para descubrir y estudiar sus propiedades. Una de ellas tiene que ver con la transformación de la energía luminosa en eléctrica. En un estudio realizado en el ICFO (Catalunya) en colaboración con el MIT (Estados Unidos), el Max Planck Institute (Alemania) y el Graphenea (País Vasco), se muestra la elevada eficiencia del grafeno al transformar la luz en electricidad.

Eso se presenta como un paso de gigante con respecto a la conversión fotovoltaica basada en los semiconductores convencionales. Aunque quizás es pronto

para hacer previsiones, las propiedades elásticas del grafeno, junto con su potencialidad en la transformación energética, permitirían construir paneles solares elásticos y deformables que simplificarían enormemente la instalación de los sistemas de energía renovable.

Pero la cosa no acaba aquí. En tan sólo unos días se han anunciado diversas y revolucionarias aplicaciones, como, por ejemplo, una consistente en supercondensadores hechos a base de grafeno. Estos dispositivos permitirían cargar un móvil en sólo segundos. Lo más increíble es que la novedosa batería se podría fabricar sobre un CD utilizando la fuente de láser de una grabadora de CD.

La Comunidad Europea ha apostado fuere por el grafeno al prometer una inversión de mil millones de euros para los próximos diez años en proyectos de investigación y desarrollo de nuevas aplicaciones del grafeno en Europa (Graphene-flagship.eu).

Las previsiones indican que el grafeno puede empezar una auténtica revolución industrial, con importantes repercusiones en la economía mundial. En España hay un considerable número de grupos de investigación que ven una oportunidad en este material en muchos ámbitos, con aplicaciones con fuerte impacto social. Muchos de estos grupos están organizados en redes como Nanospain (Nanospain.org) o Phantoms Foundation (Phantomsnet. neto/Foundation), que organizan importantes acontecimientos de ámbito internacional.

En abril tendrá lugar en Bilbao el congreso Graphene 2013, dedicado al grafeno, y donde se reunirán muchos de los investigadores europeos en este campo.

Otro asunto curioso y creo que positivo es que España desempeña un papel bastante significativo a escala mundial en el campo del comercio del grafeno. Por otra parte, de las más de ochenta empresas que se han constituido en los últimos años en el campo de la nanotecnología en España, hay cuatro que destacan y están especializadas en grafeno. Parece que, de momento, con muy buenas perspectivas.