Graphene

Si hay algún concepto o tema que esté de moda en la comunidad científica por muchas razones, es el graphene (o en lengua de Cervantes, el grafeno). Además, yo diría que grafeno es a nanotecnología como el silicio a la electrónica: por sus características, sus usos y su capacidad de metonimia. Siendo el grafeno un material, una de las muchas líneas que investigar dentro el campo de la nanotecnología, los paralelismos y la cantidad de situaciones en que grafeno se puede entender como nanotecnología, y a la inversa, son curiosas. Sin ir más lejos, la multidisciplinariedad con la que los usos se atribuyen al grafeno es comparable a la que la nanotecnología como campo científico abarca. Ya veréis.

La primera vez que oí hablar del grafeno no tenía ni idea de que nuestros caminos se entrelazarían de una u otra forma. Fue durante el verano de hace... ¿Dos? ¿Tres años? En una tranquila e incluso aciaga tarde de Agosto, mi amigo Joan, ingeniero industrial, me contó que estaban experimentando con un material ultraresistente pero a la vez ligero; con unas propiedades increíbles, en resumen. Seguramente me diría algunos de los posibles usos que se le auguraban al material en cuestión, pero a mi me quedó grabado en la mente el más absurdo quizás. Que podría usarse para construir ascensores espaciales, que conectarían la tierra con elementos en órbita.

Como tantas otras veces, Joan tenía razón y el grafeno ha dado mucho que hablar desde que me lo presentó informalmente. Tanto, que este llamémosle material, el cual es 200 veces más resistente que el acero y más ligero y flexible a la vez que la fibra de carbono, es la clave del Premio Nobel de la Física del pasado año 2010.

Concretamente, los físicos André Geim y Konstantin Novosiolov (por poner dos nombres, ya que los he visto escritos de infinitas maneras distintas) recibieron el año pasado el Premio Nobel de la Física por sus importantes y novedosos avances relacionados con el grafeno. Se les suele presentar así... no se suele contar que la manera que tuvieron de aislar el grafeno por primera vez fue usando celo y la mina de un lápiz.

Genio y figura

Al contrario de lo que pudiera parecer, el grafeno no es un concepto nuevo. Su existencia se conocía y se había descrito en las décadas de los 30 y los 40. Aun así, el término "grafeno" se extendió en el 1994. De todas maneras, la importancia del grafeno se ha puesto de manifiesto últimamente, con todos los avances y descubrimientos recientes hechos al respecto, como por ejemplo los nanotubos de carbono. De ahí el premio Nobel.

Pero... ¿qué es? Bueno, la definición que se puede leer en Wikipedia y en gran cantidad de sitios es "una estructura laminar plana, de un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panal de abeja mediante enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición de los híbridos sp² de los carbonos enlazados".

Lo único claro de la definición es lo del panal de abeja.

Ya sabéis que dicen que si no eres capaz de explicar algo de manera que lo entienda tu abuela, no dominas de un tema. Y la verdad es que no soy ni químico ni físico, así que me falta mucho para aclarar esa frase. Pero la clave es que la nanoestructura que se describe ahí, formada por átomos de carbono, le da al grafeno unas propiedades increíbles. Sí, carbono; el mismo del que se forma el diamante o el grafito. De ahí se deriva el nombre, ya que el grafeno es una lámina de grosor casi infinitésimo de las que forman el grafito. Para tener una capa de un mílimetro, habría que poner una sobre de otra 3 millones de láminas de grafeno; la denominación "nano" está más que justificada.

Una vez el grafeno ha sido observado, descrito, y sus propiedades calculadas y medidas, el siguiente paso ha sido conseguir extraer, aislar, manipular, tallar y conseguir hacer toda clase de virguerías al grafeno. Sin eso, poco provecho podremos sacar de sus increíbles propiedades. Por ejemplo, los nanotubos de carbono son como coger una de las láminas de grafeno y hacer un canuto con él (o a la inversa, si encuentras nanotubos en la naturaleza, puedes cortarlos para obtener una lámina de grafeno). Otro ejemplo son los nanoribbons de grafeno, que vendrían a ser cintas hechas a partir de una lámina de grafeno, con formas determinadas que le darían propiedades determinadas.

Como hemos dicho, las propiedades del grafeno y sus derivados son espectaculares. Aparte de las propiedades físicas como la extrema dureza, resistencia, flexibilidad o elasticidad, las propiedades eléctricas que ostentan son de lo más esperanzadoras. La capacidad conductora o la bondad respecto el efecto Joule hacen que consuma menos electricidad que el silicio para los mismos usos, y que se caliente menos. 

Así pues, se puede ver que los usos no se limitan a ascensores que escapan a nuestra imaginación. Es obvio que sus capacidades físicas se pueden aplicar a todos esos campos que necesiten materiales resistentes y ligeros, como la aviación. Además, las propiedades eléctricas las hacen ideales para la producción de nuevos transistores que formen los nuevos circuitos integrados más pequeños, más rápidos, más eficientes. 

Esquema de transistor que usa elementos en base al grafeno.

Una de las aplicaciones que más aprovechan las propiedades nano del grafeno es su uso como sensor. Las propiedades eléctricas del grafeno se ven alteradas ligeramente cuando moléculas de otros compuestos se adhieren a él. Incluso algo tan ínfimo como UNA molécula podría hacer variar esas propiedades. Lejos de ser un problema, la gente piensa que así es posible detectar con certeza concentraciones de ciertos compuestos químicos (por ejemplo, gases nocivos) en cantidades ínfimas, cantidades que nunca antes se habían logrado.

Finalmente, y por la parte de telecos que me toca, diré que el grafeno también nos atañe. Se están estudiando  las propiedades de ciertos cortes de grafeno de manera que pudieran usarse como antenas ultrapequeñas. El problema viene de que la frecuencia a la que radia una antena es inversamente proporcional al tamaño de dicha antena. Y si usamos la teoría clásica, antenas de tamaño nano radiarían a frecuencias altísimas, las cuales tienen unas propiedades bastante malas en cuanto a alcance, por ejemplo. Pero supuestamente, las antenas hechas con grafeno no siguen la teoría clásica, de manera que podrían hacerse nanoantenas que radiasen a frecuencias aceptables.


El grafeno es el futuro, y es el presente. A los hechos me remito.
Sergi