Grafeno, pequeño estudio.

UN MATERIAL CON POSIBILIDADES INFINITAS
(http://gitsinformatica.com/grafeno.html)

La concesión del Nobel de Física, el año pasado, a dos jóvenes investigadores rusos por obtener grafeno de la punta de un lápiz, ha impulsado el desarrollo este innovador material, hasta el punto que la Comisión Europea lo ha elegido como uno de los seis proyectos Flagship que optan a estar entre los dos que serán financiados por la Unión Europea en el campo de las tecnologías de la información en la próxima década.

Una veintena de grandes empresas multinacionales -del calibre de IBM, Nokia o Texas Instruments- se han reunido en la sede del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), para dar a conocer sus infinitas posibilidades y determinar su ‘hoja de ruta’ en relación con conseguir esos 1.000 millones de euros que la Comisión destinaría a su investigación en los próximos 10 años.

“El grafeno será como el plástico. Estará en todas las partes, porque la amplitud de sus usos es enorme, mucho más allá del ámbito electrónico”, apunta Francisco Guinea, Premio Nacional de Investigación por sus trabajos sobre este material, del que es uno de los grandes expertos mundiales.

Pero ¿por qué es tan interesante? El grafeno será la panacea del siglo XXI porque no sólo es muy resistente (200 veces más que el acero) y duro, sino que además es flexible (se puede enrollar), sino que tiene una alta conductividad y, como explica Guinea, “además se le pegan moléculas”.

Entre las grandes interesadas en sus posibilidades están, como era de esperar, las compañías tecnológicas. Una de las grandes fabricantes de teléfonos ya tiene preparado el prototipo de un teléfono móvil que, según ha anunciado, presentará el próximo año. Será el primer dispositivo que se pueda enrollar para guardarlo en el bolsillo.

 

PUEDE REPARARSE A SÍ MISMO

El premio Nobel Konstantin Novoselov ha comprobado cómo un agujero en este supermaterial se cierra solo.

Hay conceptos que lo ubican en transistores, memristores, baterías, circuitos y memorias. También puede desalinizar agua, o formar parte de armaduras extremadamente livianas y resistentes. Ahora, han descubierto que también puede repararse a sí mismo. Un equipo de la Universidad de Manchester, liderado por una eminencia en este campo como es Konstantin Novoselov, ha descubierto que después de hacer un pequeño agujero en una lámina de grafeno, solo fue necesario agregar carbono para que este material pueda “tejer” el agujero y cerrarlo.

“El componente milagroso”, “el material de Dios”… el grafeno ya tiene su cuota de nombres coloridos, y los seguirá teniendo a medida que se descubran más aplicaciones para este sorprendente alótropo del carbono. Como ha sucedido con otros tantos materiales, el grafeno todavía debe superar las barreras de la producción en masa y el bajo costo. La historia nos muestra que otros materiales han estado en una situación similar (a modo de ejemplo, el aluminio llegó a ser más caro que el oro antes del descubrimiento del proceso Hall–Héroult), pero ya se están explorando métodos que podrían disparar la producción de grafeno en el corto plazo. Se le conocen propiedades extraordinarias, aunque recientemente se ha descubierto otra virtud más en el grafeno: Puede repararse a sí mismo, sin estimulación alguna.

El descubrimiento fue realizado por un equipo de físicos de la Universidad de Manchester, cuyo líder es nada menos que Konstantin Novoselov, Premio Nobel de Física en 2010, y un nombre recurrente en nuestro sitio cada vez que se menciona al grafeno. El equipo decidió disparar un rayo de electrones sobre una lámina de grafeno, causando un pequeño agujero en ella. Al agregar átomos de paladio y níquel, lograron estabilizar el tamaño del agujero. Sin embargo, cuando agregaron algunos átomos de carbono al agujero, el paladio y el níquel fueron desplazados, provocando que el grafeno comenzara a “tejer” el agujero, cerrándolo por completo.

 

MEJOR CUANTO MÁS PURO

La “calidad” de la reparación depende del tipo de carbono introducido. Si el carbono es puro, el patrón es exactamente igual al que exhibe la lámina de grafeno, pero cuando usaron un hidrocarburo, el patrón fue mucho menos uniforme. Esto ha llevado a los físicos a preguntarse si tal vez, todo lo que se necesita para fabricar grafeno sea proveer al material de una base sólida, para luego introducir carbono puro y dejar que actúe por su cuenta. Por supuesto, esto también nos hace pensar en una enorme cantidad de aplicaciones, pero si todo lo que necesita el grafeno para repararse a sí mismo es una fuente de átomos de carbono, entonces su utilidad habrá saltado varios escalones de un solo movimiento.

 

ENERGÍAS RENOVABLES

Otro sector interesante de desarrollo, que se ha planteado en este encuentro, es el de la energía, especialmente por sus aplicaciones en células fotovoltaicas o en baterías (puede generar energía cuando recibe luz). También se plantearon aplicaciones para sensores: desde gafas nocturnas (detectando radiaciones de infrarrojo en la oscuridad) hasta en tejidos para vestir, a los que les incorporen dispositivos que miden constantes vitales.

Igual de importante es el interés en el ámbito de la biotecnología. Al tratarse de un material fabricado con carbono (uno de los elementos básicos del cuerpo humano) y puesto que se le pueden adjuntar sustancias químicas, el grafeno podría utilizarse para aplicaciones farmacéuticas: sería el vehículo para llevar a la sangre medicamentos de forma constante.

España, como recuerda Guinea, está bien posicionada en este tipo de investigaciones. De hecho, la empresa riojana Avanzare es ya la primera exportadora de grafeno de Europa, asegura el científico, especialmente hacia el continente asiático. “Ahora el grafeno es más barato, pero cuando se comenzó a investigar, un gramo de grafeno costaba más que el PIB de toda la Unión Europea, así que trabajaba sólo con milésimas de milímetros”, recuerda.

Pero en pocos años, la situación ha cambiado mucho. Ahora existen unos cuatro o cinco métodos de producción, de diferentes calidades, y la demanda ha hecho bajar los precios, aunque aún quedan muchas posibilidades por explorar.

“La reunión de Madrid ha tratado de concretar las ideas, el ‘plan de ruta’ que ya hicimos en España y que se centra en fomentar las aplicaciones en microelectrónica y el refuerzo de otros materiales, pero a nivel europeo es más complicado porque la industria de cada país tiene sus intereses”, reconoce Guinea.

“El grafeno será como el plástico. Estará en todas las partes, porque la amplitud de sus usos es enorme, mucho más allá del ámbito electrónico”, apunta Francisco Guinea, Premio Nacional de Investigación por sus trabajos sobre este material, del que es uno de los grandes expertos mundiales.

Pero ¿por qué es tan interesante? El grafeno será la panacea del siglo XXI porque no sólo es muy resistente (200 veces más que el acero) y duro, sino que además es flexible (se puede enrollar), sino que tiene una alta conductividad y, como explica Guinea, “además se le pegan moléculas”.

Entre las grandes interesadas en sus posibilidades están, como era de esperar, las compañías tecnológicas. Una de las grandes fabricantes de teléfonos ya tiene preparado el prototipo de un teléfono móvil que, según ha anunciado, presentará el próximo año. Será el primer dispositivo que se pueda enrollar para guardarlo en el bolsillo.

 

INVESTIGADORES BELGAS DEL IMEC CREAN EL PRIMER PROCESADOR DE PLÁSTICO

Un móvil que se dobla y se convierte en reloj o una tableta tan elástica como la goma. Así serán los aparatos del futuro gracias a los nuevos materiales que se cuecen en laboratorios. Según los investigadores, el grafeno, el siliceno (derivados del grafito y el silicio), los polímeros conductores o determinados óxidos de metales revolucionarán la electrónica de consumo, al permitir construir baterías flexibles, procesadores más rápidos y pantallas transparentes más finas que el papel. El belga Jan Genoe apuesta por ello. “En unos años podremos incluir microprocesadores de plástico y pantallas hasta en paquetes de galletas. Cogerás una, apretarás un botón en la caja y sabrás sus ingredientes y calorías”, asegura. Genoe ha dirigido el equipo del instituto Imec de nanoelectrónica de Lovaina (Bélgica) que acaba de producir el primer microprocesador de plástico del mundo.

 

UN PAPEL DE GRAFENO MÁS RESISTENTE Y FLEXIBLE QUE EL ACERO

El equipo liderado por Ali Reza Ranjbartoreh perteneciente a la Universidad Tecnológica de Australia, ha presentado un innovador material desarrollado a base de láminas de grafito a escala de un átomo prensadas. El resultado son laminas del grosor del papel de grafeno, este material presenta entre sus propiedades muestra un grado de resistencia en relación al acero dos veces superior. Debido a esta combinación de flexibilidad y resistencia, ofrece un increíble potencial para su aplicación en industrias como, automotriz, aviación, industria eléctrica y óptica.

Estas nano estructuras de grafeno consisten en monocapas de celosías hexagonales de carbono que se colocan en estructuras laminares perfectamente organizadas, que les confieren excelentes propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas. El papel de grafeno es un material que puede ser procesado, remodelado y reformado desde su estado original en forma de materias primas – grafito. Investigadores de la UTS han elaborado con éxito el grafito mediante la purificación y filtrado con ayuda de productos químicos, obteniendo configuraciones nano estructurados que luego son procesados en hojas tan finas como el papel.

El uso de un método de síntesis y de tratamiento térmico, los investigadores consiguieron producir un material que presentaba una extraordinaria flexibilidad, lo que le confiere la capacidad de adaptarse a múltiples procesos industriales. En comparación con el acero, el papel de grafeno es seis veces más ligero, presenta de cinco a seis veces menor densidad, como ya hemos citado dos veces más resistente que el acero, siendo 10 veces mayor resistente a la tracción mecánica.

No sólo es más ligero, más resistente y más flexible que el acero también es un producto manufacturable reciclable y sostenible que es respetuoso con el medio ambiente y por lo tanto rentable económicamente en su proceso de tratamiento. Los resultados prometen grandes beneficios para la aplicaciones de papel grafeno en la industria del automóvil y la aviación, lo que permite el desarrollo de automóviles más ligeros y seguros, y aviones que utilizan menos combustible, generan menos contaminación, son más rentables y más sostenibles ecológicamente.

Este avance ya tiene pretendientes como Boeing, que ya esta ensamblando modelos de avión, que ya ha comenzado a sustituir a los metales con fibras de carbono y los materiales basados en carbono, y el papel de grafeno con sus propiedades mecánicas incomparable sería el siguiente material para que puedan explorar.

 

GRAFENO, TAMBIÉN MEJORARÁ LA VELOCIDAD DE LAS REDES

Ya habíamos hablado de que el grafeno puede ser el material del futuro en el ámbito tecnológico. Algunos, de hecho, dicen que llegará a reemplazar al silicio, actualmente el semiconductor más usado en chips de todo tipo, si bien parece que ésto es aún algo lejano.

Investigadores norteamericanos han descubierto que el grafeno puede ser un excelente material para las comunicaciones de red, donde dicen que el límite podría ser diez veces superior a la tecnología actual (sin indicar cuál es, pero refiriéndose probablemente a la fibra óptica) utilizando técnicas similares a Thunderbolt: luz en vez de electricidad. Evidentemente aún no hay productos finales ya que estamos hablando de investigaciones y desarrollos aún muy verdes como para que salgan al mercado, pero todo llegará a su debido tiempo.

También es interesante la posibilidad de que los cables de comunicación basados en grafeno serán más finos que los actuales cables de red, si bien ésto se refiere al aspecto teórico y, como decimos, aún no hay ningún cable final pensado ni desarrollado. La miniaturización afecta a todo, cables incluidos, y es uno de los protagonistas principales en cada nuevo producto.

En cuanto al uso de grafeno en microprocesadores y chips, la cosa sigue avanzando muy lentamente. Junto a la posibilidad del autoenfriamiento se empieza a hablar de frecuencias de funcionamiento, antaño de 1.000 GHz. y ahora de 500 GHz. como límite teórico máximo, si bien algunos investigadores de IBM por ahora “sólo” han conseguido alcanzar los 150 GHz. en un laboratorio y en condiciones que aún no parece ser ideales para su comercialización

¿Es el grafeno el futuro? Probablemente, pero es una nueva tecnología que aún está muy verde, tanto como para que muchos pensemos que serán nuestros nietos los que la estrenen. ¿Treinta años? ¿Tal vez cincuenta? Quién sabe: lo bueno es que sigue adelante.

 

LANZADA UNA ACCIÓN DE COORDINACIÓN SOBRE GRAFENO

Una acción de coordinación de grafeno será financiada por la Comisión Europea para elaborar planes con vistas a los próximos 10 años. Se trata de una iniciativa ambiciosa, visionaria de investigación a gran escala, con miras a un gran avance para la innovación tecnológica y la explotación económica basada en el grafeno.Graphene-CA es una de las 6 FET Flagships piloto en preparación.

Los experimentos innovadores en el grafeno en 2004 llevados a cabo por los científicos Andre Geim y Konstantin Novoselov en Europa les hicieron ser galardonados en 2010 con el Premio Nobel de Física. Su trabajo ha provocado una explosión científica, que se refleja en el crecimiento exponencial de las publicaciones y solicitudes de patentes relacionadas con el grafeno. Enormes cantidades de recursos humanos y de capital se están invirtiendo en investigación y aplicaciones del grafeno en los EE.UU., Japón, Corea, Singapur y otros lugares. Los primeros productos se espera que entren al mercado en 2014, según estimaciones de Samsung.

El esfuerzo de investigación de los distintos grupos de investigación europeos pioneros en la ciencia y la tecnología de grafeno, pero es necesario un enfoque coordinado a nivel europeo para asegurar un papel importante para la UE en esta revolución tecnológica en curso.

La FET flagship piloto de grafeno incluye ya a más de 130 grupos de investigación, lo que representa 80 socios académicos e industriales en 21 países europeos. La acción de coordinación es dirigida por un consorcio de nueve socios que fue pionero en la investigación de grafeno, la innovación y creación de redes. Entre sus participantes se encuentra Francisco Guinea (CSIC, España), uno de los principales teóricos del grafeno y el Instituto Catalán de Nanotecnología.

 

GRAFENO Y SILICENO, LOS NUEVOS MATERIALES DE LA TECNOLOGÍA

Investigadores belgas del Imec crean el primer procesador de plástico

Un móvil que se dobla y se convierte en reloj o una tableta tan elástica como la goma. Así serán los aparatos del futuro gracias a los nuevos materiales que se cuecen en laboratorios. Según los investigadores, el grafeno, el siliceno (derivados del grafito y el silicio), los polímeros conductores o determinados óxidos de metales revolucionarán la electrónica de consumo, al permitir construir baterías flexibles, procesadores más rápidos y pantallas transparentes más finas que el papel. El belga Jan Genoe apuesta por ello. “En unos años podremos incluir microprocesadores de plástico y pantallas hasta en paquetes de galletas. Cogerás una, apretarás un botón en la caja y sabrás sus ingredientes y calorías”, asegura. Genoe ha dirigido el equipo del instituto Imec de nanoelectrónica de Lovaina (Bélgica) que acaba de producir el primer microprocesador de plástico del mundo.

Ya se hacen chips 500 veces más pequeños que los de silicio, y más rápidos

Tiene una pega: es 1.000 veces más lento que un chip de silicio, el material que hoy alimenta las tripas de casi cualquier aparato. Pero compensa con dos grandes ventajas: “Se puede enrollar, es flexible y muy barato”, dice Genoe, quien cree que determinados polímeros orgánicos servirán para diseñar tabletas plegables en cinco años. “Si a una pantalla flexible de este material se le añade en una esquina un chip de silicio de tres milímetros cuadrados, el problema de computación está solucionado”.

Científicos de la Universidad de Aalto (Finlandia) y Nagoya (Japón) han obtenido procesadores de plástico y a bajo coste. Samsung, LG o Toshiba, que compiten por crear pantallas flexibles y transparentes, están interesados en su aplicación industrial. Samsung presentó a comienzos de año unos prototipos de pantallas Amoled flexibles, pero con un coste desorbitado.

Otro material de moda, el grafeno, podría acabar con el problema. Su obtención les valió el Nobel de Física el año pasado a los científicos Andre Geim y Konstantin Novoselov. En teoría, es el sustituto perfecto del silicio: permite crear microprocesadores de un átomo de espesor, 500 veces más pequeños que los de silicio y 10 veces más rápidos, de gran resistencia (el grafeno es carbono en estado puro, el material más resistente del planeta) y flexibles.

“Es el único material que se puede estirar hasta un 10% de forma reversible. Es decir, a diferencia de los plásticos, recupera su forma inicial”, dice Francisco Guinea, profesor investigador del Instituto de Ciencia de los Materiales. Guinea cree que en los dos próximos años llegarán las primeras pantallas comerciales fabricadas de grafeno, aunque habrá que esperar cinco años para verlo en microelectrónica. IBM lo intenta. Junto con el Departamento de Defensa de EE UU, ha presentado un chip de grafeno un 55% más potente que una versión anterior. De momento, es para aplicaciones militares de identificación por radiofrecuencia (RFID).

“El problema, tanto en pantallas como en procesadores, es fabricar grafeno a escala industrial y a bajo coste”, explica Guinea. Las pantallas táctiles actuales de los teléfonos inteligentes y tabletas se producen con óxido de indio y estaño, material escaso, caro y contaminante, por lo que el grafeno tiene las de ganar. Samsung produjo el año pasado un prototipo de pantalla transparente y flexible a partir de una lámina de grafeno de 63 centímetros de longitud.

La suerte de los gadgets de grafeno dependerá también de otro nuevo material rival: el siliceno. Investigadores del Instituto Japonés de Ciencia y Tecnología Avanzada (JAIST) lograron recientemente desarrollar láminas de silicio de un átomo sobre un soporte de cerámica. Es decir, el mismo grosor que el grafeno. Está por ver si las propiedades de conducción eléctrica, dureza, transparencia y flexibilidad superan a las del grafeno y, sobre todo, si será más fácil de obtener a escala industrial.

 

EL PREMIO NOBEL

El Nobel de Física de 2010 es para Andre Geim y Kostya Novoselov, pero bien se puede decir que es para el grafeno. Ellos descubrieron cómo el carbono se presenta de un modo en el que se convierte en el material del futuro. Lo más tangible e inmediato que notaremos es que resolverá los problemaspara alcanzar la llamada conectividad total: que no puedes cargar todo el día con el PC, que tu teléfono tiene la pantalla demasiado pequeña y que la velocidad del procesador no siempre tiene la alegría que quisieras (sobre todo en las conexiones 3G).

Soluciones: tener un portátil de grafeno, un material capaz de convertirse en monitor (porque es transparente) y procesador (diez veces más rápido que el de silicio) a la vez, que se enrolla y se pliega, que es tan irrompible como el diamante ¡y que tiene un solo átomo de grosor! ¿Otro “vaporware”, como llaman a las falsas promesas? No. Samsung, con la ayuda de la Universidad Sungkyunkwa, de Corea del Norte, sacará el año que viene las primeras pantallas enrollables, táctiles y con circuitos invisibles.

Los procesadores, que podrían alcanzar una velocidad de cientos de gigaherzios (en silicio, el máximo –no comercial– es de 100 GHz, aunque el PC de tu casa es de 3, como mucho) tardarán un poco más. ¿Por qué? Porque el grafeno es demasiado buen conductor y deja pasar todos los electrones, sin más. El silicio, en cambio, es un semiconductor; es decir, admite que se le “diga” cuándo transmitir corriente y encender los millones de transistores que forman el procesador, y cuándo no. Francisco Guinea, profesor de investigación del Instituto de Ciencia de los Materiales de Madrid (CSIC), ha publicado en Science, junto a tres universidades estadounidenses, cómo variar la conductividad del grafeno deformándolo: “Si aprendemos a guiar los electrones a un lugar concreto, podremos fabricar circuitos. Es la gran diferencia con el silicio: a este le hacen falta contactos metálicos entre las partes del circuito. Pero con el grafeno se puede hacer todo de una sola pieza. Es un avance considerable”. De paso, se aprenderá a doblar las pantallas sin que sufra el funcionamiento.

Así que toda la investigación se centra ahora en aprender a dirigir electrones, y de un modo que pueda reproducir la industria. Porque prototipos de transistores de 100 GHz (IBM, en febrero de 2010) y hasta 300 (la Universidad de California en Los Ángeles, hace pocas semanas) ya hay. Pero no se comercializan, son joyas de laboratorio. El español Tomás Palacios,profesor de Ingeniería Eléctrica y Computación del todopoderoso Massachusetts Institute of Technology (MIT) habla de “controlar la conductividad del grafeno usando dos capas de este material, una encima de otra, y en una orientación determinada”. Así se logra abrir y cerrar el paso de corriente a placer, “y se pueden fabricar excelentes transistores (o interruptores) con él; eso permite su uso en numerosas aplicaciones, incluyendo microprocesadores y células solares”, explica. Y un último método es el llamado “dopaje químico”: añades una sustancia (hidrógeno, oxígeno…) que convierta la plancha de grafeno en aislante (que no conduzca), y quitas esas sustancias solo de las “rutas” por las que quieras que circule la corriente.

 

APARTE DE ENROLLADO, SENSIBLE

Pero Palacios y su equipo están trabajando en otras aplicaciones innovadoras: “Ya que el grafeno está formado por una única capa de espesor, los transistores son muy sensibles a cualquier molécula que se deposite en su superficie. Por eso, es un material idóneo para fabricar sensores químicos y biológicos, de ADN, por ejemplo”. Y continúa: “Mi grupo de investigación acaba de fabricar un sensor para detectar hidrógeno, y estamos trabajando en otros detectores de explosivos y células biológicas”. ¿Más? “También estamos diseñando detectores de infrarrojos que permitan la fabricación de cámaras de visión nocturna con una resolución mucho mejor que la de las actuales”, nos cuenta este jefe de investigadores de solo 30 años.

Otra fuente de alegrías va a estar en su capacidad de multiplicar la señal que sea: para entendernos, que cualquier conexión, inalámbrica o no, llegue con toda su potencia a los dispositivos que reciban datos de ella, porque tendrán una especie de “repetidor”. Algunos de estos inventos combinarán la “sensibilidad” del grafeno con la “habilidad” del silicio. Porque todos coinciden en que el material que dio nombre a Silicon Valley lleva 40 años de ventaja en cuanto a industrialización e investigación; así que puede ser un buen complemento del grafeno, más que un competidor.

 

CÓMO FORRARSE CON CELOFÁN

Lo curioso es que este nuevo material está por casi todas partes, pero “empaquetado” de un modo en que no se comporta de forma tan espectacular: teníamos carbón (carbono con estructura amorfa), diamantes (estructura cristalina) y grafito (una forma que agrupa láminas de átomos). Pero no teníamos grafeno. Hasta que, en 2004, Andre Geim y Kostya Novoselov,de la Universidad de Manchester (Reino Unido), separaron una sola de esas láminas del modo menos científico jamás visto. Por eso, no es de extrañar que hayan recibido el Nobel de Física 2010.

En su laboratorio, para estudiar el grafito, se pegaba celo sobre la muestra y se arrancaba para quitar las capas superficiales, llenas de impurezas. Pero a Geim se le ocurrió un día mirar esos desechos, y descubrió que algunas veces lograba arrancar separadamente una de las capas de un átomo de grosor que forman el grafito. O sea, obtenía grafeno. Así que Novoselov y él fundaronGraphene Industries y ya no se dedican a conducir electrones en la Universidad, sino coches caros por la calle, que es más divertido.

 

CÓMO ES

Sí, porque su éxito reside en cómo es, no en lo que es. ¿Y qué es? El grafeno es tan carbono puro como el carbón, el grafito y el diamante. Pero la forma en la que están “ordenados” los átomos cambia enormemente sus propiedades. En el grafeno, los átomos de carbono están dispuestos en forma plana (bidimensional), en orden de panal de abeja. Eso lo convierte en un excelente conductor (eléctrico y térmico), se vuelve casi irrompible, y más flexible que el plástico más deformable.

APLICACIONES

Análisis. Tomás Palacios (MIT) quiere “combinar sensores químicos hechos con grafeno, con microprocesadores de silicio, capaces de analizar a tiempo real los resultados de los sensores”. Así es como las pruebas de ADN y tests genéticos (para embarazadas, delitos…) van a ser más sencillos y precisos.

Células solares. El grafeno no solo transmite bien la electricidad, sino que tiene una buenísima conductividad térmica. Así que las placas solares –que aún tardarán unos años– serán mucho más eficientes.

Chalecos antibala. Hoy son sobre todo de poliparafenileno tereftalamida (Kevlar), mezclado con metales ligeros. Pero son pesados, gruesos y poco flexibles. El grafeno, en cambio, es muy fino, y duro como el diamante.

Una pequeña compañía donostiarra denominada “Graphenea” ha metido a España de lleno en la “carrera del grafeno” en la que compite con tres punteras empresas mundiales desde 2004, cuando este novedoso material fue descubierto por los dos investigadores rusos ganadores del Nobel de Física 2010.

El objetivo de las investigaciones es fabricar láminas de grafeno de mayor tamaño y pureza que las pequeñas muestras de baja calidad que se sintetizan en la actualidad.

En este momento, tan sólo una firma británica y dos estadounidenses compiten con Graphenea a este nivel, si bien en España hay varios grupos de investigación y una empresa en La Rioja que también trabajan con el grafeno.

El primero que consiga el objetivo se situará en una posición de dominio del mercado mundial de este material que, por sus propiedades y posibilidades de aplicación, podría revolucionar en pocos años los sectores de la informática y la electrónica.

El grafeno se presenta en forma de una capa de átomos de carbono un millón de veces más delgado que una hoja de papel. “Es tan fino y tiene una masa tan pequeña que con un gramo se podría cubrir un campo de fútbol”, explica el presidente de Graphenea, Jesús de la Fuente.

La cantidad y variedad de sus aplicaciones resulta hoy inimaginable, ya que posee una conductividad cien veces mayor que la del silicio, por lo que los expertos creen que permitiría construir ordenadores cien veces más rápidos que los actuales, baterías de gran capacidad y paneles solares mucho más eficientes.

Sus posibilidades se antojan inagotables porque además es “doscientas veces más resistente que el acero”, aclara de la Fuente, y “tiene más dureza que el diamante, que también es una estructura de átomos de carbono pero en una forma tetraédrica”, a diferencia del grafeno que es hexagonal.

A pesar de su dureza, el nuevo material resulta “muy flexible”. “Se puede doblar, enrollar y no se rompe”, precisa De la Fuente, quien especula con el posible desarrollo de computadoras y pantallas flexibles “que se podrían doblar como una revista o una hoja de papel” gracias al grafeno.

Estas propiedades ya fueron destacadas por la Real Academia de las Ciencias de Suecia en el fallo que el 5 de octubre concedió el Nobel de Física a los catedráticos en la universidad inglesa de Manchester Andre Geim y Konstantin Novoselov, ambos de origen ruso.

Como conductor de electricidad es mejor que el silicio y como conductor de calor supera a todos los demás materiales. “Es casi completamente transparente, pero tan denso que ni siquiera el helio, el átomo más pequeño de gas, puede pasar a través”, explicó la Academia al conceder el Nobel a Geim y Novoselov.

Fue en el año 2004 cuando ambos lograron sintetizar el grafeno, cuya existencia hasta entonces era simplemente teórica, usando cinta adhesiva para arrancar delgadas escamas de este material a partir de un pedazo de grafito.

Sin embargo, este sistema no es aplicable a nivel industrial, por lo que Graphenea ha optado por utilizar un método diferente, denominado “deposición química”, que emplea un aparato de “atmósfera controlada” en el que “se introducen unos gases y un sustrato a alta temperatura” sobre el que se depositan los átomos de carbono hasta formar una estructura de grafeno.

A pesar de haber comenzado sus andadura el pasado abril, Graphenea, que se ubica en el centro donostiarra de investigación CIC Nanogune, ocupa ya, según su presidente, un destacado nivel “internacional”, gracias a la incorporación a su equipo de tres científicos de talla mundial como el alemán Andreas Berger, el estadounidense Manish Chhowalla, y el gallego Luis Hueso.

Otra de las ventajas que ofrece el grafeno para las empresas productoras es la existencia de “muchos clientes”, entre los que se encuentran centros de investigación, laboratorios y compañías que investigan, con “un gran volumen de fondos”, cómo utilizar este material en aplicaciones industriales y tecnológicas.

Graphenea dispone ya de una importante capacidad de crear grafeno, que podría llegar en poco tiempo a las 720 obleas al año, si bien en estos momentos su producción es bastante menor porque se encuentra en una fase de I+D en la que la materia que genera se destina a “alimentar” su propio proyecto de investigación que pretende eliminar impurezas y conseguir muestras más grandes.

“Ahora mismo, la competición no es una carrera de cantidad y de tener muchas muestras, sino de calidad. El volumen irá llegando cuando haya más productos industriales que vayan utilizando el grafeno”, subraya De la Fuente

 

UNA NUEVA MEMORIA QUE PUEDE REVOLUCIONAR LA INFORMÁTICA

Los investigadores creen que este componente permitirá fabricar en el futuro ordenadores más baratos y capaces

El concepto de memristor fue propuesto por primera vez en 1971, pero fue hace apenas dos años cuando Hewlett-Packard construyó el primer dispositivo útil y funcional capaz de almacenar datos, basado en esta promisoria tecnología. HP planea comercializar la tecnología en tres años con un diseño que se compone (explicado de manera elemental) de dos conjuntos de cables paralelos dispuestos perpendicularmente entre sí, con una capa de dióxido de titanio intercalado entre ellos. Cada intersección de cables que forma una cruz es un memristor. Ahora, investigadores surcoreanos han anunciado que han logrado construir una memoria no-volátil basada en memristores utilizando, en lugar del dióxido de titanio, delgadas películas de óxido de grafeno. Estas memorias se consideran ideales para la electrónica portátil del futuro.

HP anunció la venta de sus memristores a partir de 2013

Los memristores son la promesa de hacer realidad la elaboración de un nuevo tipo de memoria. Estos dispositivos pueden brindar un soporte de almacenamiento de información más denso, barato y de bajo consumo energético. Además, permiten ser construidos con películas de óxido de metal fino. La fabricación de dispositivos basados en óxido de grafeno permite abaratar costos y obtener métodos de fabricación más sencillos. Uno de estos sería la posibilidad de imprimir, en este caso las memorias, en láminas de plástico que puedan ser almacenadas en rollos y utilizadas en etiquetas RFID, por mencionar un ejemplo sencillo.

“Creemos que el óxido de grafeno puede ser el elemento apropiado para el desarrollo de las memorias de próxima generación”, afirma Choi Sung-Yool, quien dirige la investigación de estos dispositivos flexibles en el Instituto de Investigación de Electrónica y Telecomunicaciones en Daejeon, Corea del Sur. Choi y sus colegas han publicado los avances de sus trabajos en la revista Nano Letters.

En palabras sencillas, el memristor cambia su resistencia dependiendo de la dirección y la cantidad de tensión aplicada. Y cada una de las “resistencias” que lo componen posee un efecto de “memoria” cuando la tensión de alimentación es retirada. Durante la construcción se depositan diminutos alambres de aluminio de 50 micrómetros de ancho sobre una hoja de 6,5 centímetros cuadrados de plástico y luego se pasa al proceso de colocar una solución en suspensión de partículas de óxido de grafeno sobre la superficie. Esto forma una fina capa de óxido en forma de escamas superpuestas sobre las que los investigadores depositan una matriz superior de alambre de aluminio. Este método permite obtener bloques de 25 memristores, cada 50 micras de ancho.

 

EL GRAFENO ES EL MATERIAL DE LA ELECTRÓNICA DEL FUTURO

Por ahora, los dispositivos de óxido de grafeno son 1.000 veces superiores en tamaño respecto a los memristores de HP, pero su concepción no está destinada a una utilización como memoria ultra-densa. Las palabras claves a comprender en este método de fabricación son: baratas y flexibles. Choi y sus colegas creen que los dispositivos pueden alternar su funcionamiento entre dos estados resistivos, gracias a que los filamentos conductores se forman cuando se realiza la transferencia de oxígeno entre el óxido de grafeno y los electrodos de aluminio. Al aplicar en forma inversa el voltaje de polarización, los filamentos se rompen, obteniéndose el cambio de estado (On – Off).

Por su parte, la vida útil de este tipo de sistemas basados en óxido de grafeno está prevista en unos 100 mil ciclos de “cambios de estado”, es decir, un rendimiento similar a una típica memoria flash, aunque se espera que estas cifras puedan elevarse a 1 millón de ciclos.

Hasta el momento, el equipo de investigación ha ensayado la capacidad de los memristores para almacenar un estado definido durante un período de 27 horas, aunque los primeros dispositivos construidos en septiembre pasado todavía conservan el mismo estado de almacenamiento de información. Además, los dispositivos no han demostrado degradación luego de ser sometidos a más de mil ensayos de flexión. De este modo, los nuevos memristores basados en óxido de grafeno demuestran que son capaces de ofrecer características excelentes para el desarrollo de memorias no volátiles. “Ahora el desafío pasa al plano de la miniaturización, y sobre eso sabemos que sólo es cuestión de tiempo”, agregaron los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).

 

EL MATERIAL MÁS FUERTE DEL MUNDO

Los investigadores han medido la fuerza necesaria para romper su estructura

Hace tiempo que investigadores e industriales piensan en el grafeno (aislado por primera vez en 2004) como sustituto del silicio para el desarrollo de los semi-conductores en los que se sustentarán los futuros ordenadores ultra-rápidos. Y ésta es sólo una de las múltiples aplicaciones que evolucionan ya –tanto en el ámbito de la nanotecnología como fuera de él– a partir de este material de extraordinarias propiedades. Ahora los científicos han confirmado lo que también sospechaban hace ya tiempo: que se trata del material más fuerte que jamás hayamos conocido. Por César Gutiérrez.

Representación de la prueba de dureza. Universidad de Columbia.Representación de la prueba de dureza. Universidad de Columbia.

Desde que finalmente se diera con él en 2004, el goteo de noticias (a cual más asombrosa) acerca del grafeno ha sido continuo. Han aumentado sin cesar las tesis doctorales (de un par de ellas hace cuatro años a cientos en 2007), las investigaciones y las notas de prensa sobre nuevas aplicaciones de este reciente y extraordinario material. Ya se venía informando de la creación del primer nanotransistor construido con grafeno y también del desarrollo de un derivado del material, el óxido de grafeno, de propiedades no menos sorprendentes.

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.

Según informa en un comunicado la Universidad de Columbia, por primera vez, los investigadores han confirmado lo que ya se sospechaba: que se trata del material más fuerte jamás testeado.

 

UN SÓLIDO FUTURO

Las pruebas han sido llevadas a cabo por Jaffrey Kysar y James Hone, profesores de ingeniería mecánica de la Universidad de Columbia, y consistieron en la medición de la fuerza que se necesita para romper el grafeno. Para ello tuvieron que utilizar –como no podía ser de otro modo– diamante, asimismo alótropo del carbono y mineral natural de extrema dureza, con un 10 asignado en la clásica escala de dureza de Mohs.

Se hicieron agujeros de un micrómetro de ancho sobre una lámina de silicio y se puso en cada uno de esos agujeros una muestra perfecta de grafeno. Y a continuación rompieron el grafeno con un instrumento puntiagudo hecho de diamante.

Para que podamos hacernos una idea de la dureza del grafeno, Hone propuso a Technology Review una curiosa analogía. Comparó las pruebas realizadas por él y Kysar con poner una cubierta de plástico sobre una taza de café y medir la fuerza que requeriría pinchar esa cubierta con un lapicero.

Pues bien, según explicó Hone, si en lugar de plástico lo que se pusiera sobre la taza de café fuera una lámina de grafeno, después situáramos encima el lápiz, y en lo alto de éste colocáramos un automóvil que se sostuviera en equilibrio sobre él, la lámina de grafeno ni se inmutaría.

Claro que esto sería muy difícil, no sólo por la dificultad de poner un automóvil sobre un lapicero, sino porque es extremadamente difícil conseguir una muestra de grafeno perfecto al nivel macróscópico de los lapiceros y las tazas de café (“Sólo una muestra minúscula puede ser perfecta y super-resistente”, aseguró Hone); pero la comparación es perfectamente válida porque ésa es proporcionalmente la resistencia del grafeno a nivel microscópico.

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.

 

EL FIN DEL SILICIO

La industria de semiconductores –uno de los campos donde el material parece ser más prometedor–, que tiene la intención de construir ordenadores mucho más rápidos que los actuales mediante el desarrollo de microprocesadores con transistores de grafeno, está de enhorabuena con estas últimas pruebas sobre la fortaleza del mismo.

Precisamente uno de los principales impedimentos en la construcción de microprocesadores es la presión –según explica Julia Greer, investigadora del Instituto Tecnológico de California (Caltech)–, y los materiales usados para fabricar los transistores no sólo deben tener excelentes propiedades eléctricas, “sino que también deben ser capaces de sobrevivir a la tensión a que se ven sometidos durante el proceso de fabricación y al calentamiento generado por repetidas operaciones. El proceso utilizado para estampar conexiones eléctricas metálicas en los microprocesadores, por ejemplo, ejerce una tensión que puede provocar el fallo de los chips.”

Greer concluye que “el calor es demasiado para que los materiales lo soporten”. Pero ahora, tras las pruebas realizadas sobre la resistencia del grafeno, parece quedar demostrado que éste es capaz de soportarlo.

Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester, quien fue el primero en aislar láminas bidimensionales del material, ha comentado: “Sabíamos que el grafeno era el material más resistente; este trabajo lo confirma”.

 

FÍSICA DEL GRAFENO

A estas alturas todos sabéis que el premio Nobel de física de este año 2010 ha recaído sobre Andre Geim y Konstantin Novoselov por sus trabajos sobre el grafeno. Los medios de comunicación se han llenado la boca comentando las maravillosas propiedades del grafeno, y lo han colocado como un material completamente nuevo con un futuro más que prometedor, de modo que hoy toca bajar de las nubes y explicar qué es realmente el grafeno, cuándo se descubrió, cómo obtenerlo y para qué creemos que nos puede sirvir.

 

DEFINICIÓN Y DESCUBRIMIENTO

El grafeno no es más que una red bidimensional de átomos de carbono. Suena extraño tener algo bidimensional en un mundo de tres dimensiones, pero realmente lo es, puesto que su espesor es de un único átomo. Así pues tenemos una serie de carbonos formando una red hexagonal, tal y como podéis ver en la simulación inferior, cuyo espesor es un único átomo.

Lo cierto es que el grafeno de material nuevo tiene bastante poco. El compuesto ya fue estudiado hace más de medio siglo, llegándose incluso a calcular la estructura de sus bandas electrónicas, y lo que es más sorprendente, se llegó incluso a observar en 1948 con un microscopio electrónico de transmisión ( TEM ) la estructura de unas pocas láminas de grafeno  (1) . Ahora ya se pueden obtener imágenes de una única lámina como es el caso de la siguiente fotografía tomada en el 2009 también con un TEM (2) . Se observa perfectamente la red de hexágonos con una distancia interatómica de 0,14 nm, es decir, en un centímetro entrarían 140 millones de átomos de carbono. Aunque si tenemos en cuenta el tamaño del átomo de carbono este número se reduce a 50 millones. Aún así esto implica una alta densidad de átomos y hace que ni siquiera el helio pueda atravesar la red de grafeno.

Y es que realmente lo único que apareció durante estos últimos años es el nombre del material, grafeno, que fue introducida por primera vez en 1994 para denominar a las monocapas de grafito, porque efectivamente, el grafito que tenemos todos en las minas de nuestros lapiceros no es más que la superposición de muchas capas bidimensionales de grafeno. Por tanto sí, has tenido entre tus manos el material que ha dado lugar al premio Nobel de física y ni te habías parado a pensar en ello. Y quizá sea esto lo que distinga a los buenos físicos de los que no lo son. A pesar de que el grafeno lleva con nosotros muchísimos años, Geim y Novoselov reciben el premio Nobel ahora porque lograron obtener en el 2004 una única capa de grafito, es decir grafeno, y medir algunas de sus propiedades eléctricas (3) . Aunque sabiendo cómo obtuvieron esa lámina de grafeno a uno le surgen dudas sobre el asunto, y es que lo único que hicieron fue coger una cinta adhesiva y a base de repeticiones conseguir sacar del grafito una única capa de grafeno. En términos un poco más de andar por casa y de forma simplificada. Pintáis con lápiz en una hoja de papel, pegáis un poco de celofán y luego lo despegáis. En la pequeña capa que queda pegada en el celofán están vuestras láminas de grafeno.

ELECTRÓNICA DEL GRAFENO: PROPIEDADES

La característica más interesante del grafeno tiene que ver con la conductividad eléctrica. Como ya sabéis, una forma de clasificar los materiales es según lo bien que conduzcan la electricidad: aislantes, conductores y semiconductores. Pues bien, resulta que el grafeno no es ninguna de las 3, sino que comparte características entre los conductores y los semiconductores. De hecho, en las simulaciones informáticas se puede ver como dependiendo del número de cadenas surge unas propiedades u otras. Antes de continuar me gustaría mostraros unas imágenes para explicaros algunos aspectos sobre la conductividad eléctrica.

La energía de Fermi (eF) se trata del nivel de energía máximo hasta el que llegan los electrones de un sólido. Las curvas parabólicas que se ven en las imágenes se conocen como bandas de energía. La inferior es la banda de valencia y la superior es la banda de conducción. Si el nivel de Fermi está en la banda de conducción nos encontramos ante un metal ya que los electrones circulan libremente por esta banda. En el caso de los semiconductores y los aislantes el nivel de Fermi está entre ambas bandas de conducción, y únicamente se diferencian en la anchura de la brecha, llamada gap o banda prohibida. En los semiconductores tenemos un gap no demasiado grande, lo que permite que si se les da la suficiente energía puedan conducir la corriente eléctrica; mientras que en los aislantes, donde el gap es mucho mayor, es necesario un aporte energético superior que dificulta la conducción.

En el caso del grafeno tenemos unas bandas con forma de cono, en lugar de paraboloides, y lo que es más importante, el nivel de Fermi está justo en la unión entre ambas capas. Esto implica que no hay gap y los electrones pueden saltar sin problema de la capa de valencia a la capa de conducción y facilitar en gran medida la conducción eléctrica. Se ha podido medir incluso la velocidad a la que se mueven los electrones en el grafeno arrojando unos resultados sorprendentes: se mueven a alrededor de 1000 km/s, tan sólo 300 veces inferior a la velocidad de la luz en el vacío.

Por estos motivos el grafeno es un material muy interesante para poder aplicar a la electrónica; pero, aparte de que todavía no somos capaces de fabricarlo de forma económica, es muy complicado utilizarlo ya que aún no conocemos sus propiedades a la perfección. El silicio es el semiconductor por excelencia usado en electrónica y a mi modo de ver le quedan muchos años. Además no solamente existe el grafeno como posible heredero del silicio, sino que también existe toda una física detrás de la electrónica molecular, en donde se utilizarían moléculas orgánicas para crear componentes electrónicos. Ya se han logrado realizar transistores FET orgánicos, aunque el principal logro actual son las pantallas OLED. Hay muchos físicos luchando en cada dirección, de modo que el futuro nos dirá quién será el sucesor del Silicio, si es que alguno de los dos lo es.

Como curiosidad también os diré que el grafeno es hasta ahora el único material en el que se ha observado el efecto Hall cuántico a temperatura ambiente, ya que con el silicio o el germanio era necesario enfriar las muestras a -269 ºC, sólo 4 grados por encima del 0 absoluto. Este hecho abre otra rama de investigación bastante interesante.

 

PROPIEDADES MECÁNICAS

En cuanto a las propiedades mecánicas, éstas también son bastante sorprendentes. Quizá la principal es la gran dureza que presenta a pesar de ser únicamente una capa de átomos, pues es más de 200 veces más resistente a la rotura que el acero. Para realizar las pruebas se utilizó un microscopio de fuerza atómica que “presionaba” perpendicularmente la hoja de grafeno para doblarla y obtener así su límite elástico. De estos experimentos se concluyó que la constante elástica (indica lo que puede deformarse un cuerpo sin sufrir deformación permanente) del grafeno era enorme, pudiéndose estirar hasta un 10% de su tamaño normal de forma reversible; mientras que el resto de sólidos raramente llegan a un 3%. El principal motivo de esta característica es que el grafeno apenas presenta impurezas o defectos en su red.

Otra forma de ver este fenómeno es mediante el cálculo del módulo de Young. De los mismos experimentos se desprende que éste vale para el grafeno 0,5 TPa, que es mucho más del doble que el acero o el silicio, aunque más de dos veces menor que el del diamante, que también está formado únicamente por átomos de carbono.

Este comportamiento del grafeno puede ser interesante para uso en nanotecnología ya que podría soportar grandes presiones apenas sin deformarse, que es algo parecido a lo que ocurre con los nanotubos, que no son más que hojas de grafeno enrolladas. Por ejemplo, una hoja de grafeno es capaz de soportar que se les coloque encima átomos mucho más pesados que el carbono, como por ejemplo el oro, prácticamente sin sufrir una deformación.

Resulta curioso que una única capa de grafeno sea tan dura y resistente, cuando el grafito, que no es más que una superposición de capas de grafeno se rompe con tanta facilidad. El motivo es sencillo. En el grafito, las capas de grafeno se encuentran unidas por fuerzas de Van der Waals, que son fuerzas mucho más débiles que las uniones covalentes entre los carbonos.

 

LA NANOELECTRÓNICA DEL GRAFENO, OTRO PASO HACIA EL FUTURO

La nanoelectrónica del grafeno(NC&T) El grafeno, una lámina de carbono de un átomo de espesor, eludió a los científicos durante años, pero finalmente fue fabricado en un laboratorio en el año 2004. El grafito, que es el material comúnmente utilizado en la mayoría de los lápices, está formado por innumerables capas de grafeno.

Saroj Nayak, profesor de Física, Física Aplicada y Astronomía en el Instituto Rensselaer, ha trabajado con Philip Shemella y otros colegas suyos durante dos años para determinar cómo las propiedades conductoras sumamente eficientes del grafeno pueden ser aprovechadas para su uso en la nanoelectrónica. Después de docenas de sólidas simulaciones por ordenador, el grupo ha demostrado por primera vez que la longitud, así como el ancho de la lámina de grafeno, afectan directamente a las propiedades de conducción del material.

En la forma de una cinta larga de dimensiones nanométricas, el grafeno demuestra propiedades eléctricas únicas que incluyen los comportamientos como metal o como semiconductor. Cuando partes cortas de esta cinta se aíslan en segmentos denominados “nanorrectángulos”, donde el ancho se mide en átomos, son clasificados como uno de dos tipos de nanorrectángulos. Ambos tienen propiedades únicas y fascinantes.

Para llevar a cabo este trabajo, el equipo usó simulaciones de mecánica cuántica con la capacidad de hacer predicciones. Su estudio por ordenador ha demostrado por primera vez que la longitud del grafeno puede usarse para manipular y ajustar los huecos de energía en el material. Esto es importante porque los huecos de energía determinan si el grafeno es metálico o semiconductor.

Por regla general, cuando se sintetiza el grafeno, existe una mezcla de materiales metálicos y semiconductores. Pero los resultados de Nayak ofrecen a los investigadores un diseño base que debe permitirles hacer lotes enteros de cualquiera de ambas modalidades.

Esta investigación es un primer paso importante para desarrollar una forma de producir masivamente el grafeno metálico que podría un día reemplazar al cobre como el material fundamental de interconexión en casi todos los chips de ordenador.

El agua podría ser la respuesta al grafeno y la nano electrónica

Investigadores del Rensselaer Polytechnic Institute desarrollaron un nuevo método para el uso de agua para ajustar la banda prohibida del grafeno, y así abrir la puerta a nuevos transistores basados en grafeno y nanoelectrónica.

Al exponer una película de grafeno a la humedad, el profesor Nikhil Koratkar y su equipo de investigación fueron capaces de crear una banda prohibida en el grafeno, un requisito fundamental para la creación de transistores de grafeno.

El grafeno no tiene ninguna banda prohibida. Sin embargo, el equipo de Koratkar demostró cómo abrir una banda prohibida en el grafeno basado en la cantidad de agua que adsorbieron a un lado del material, ajustando con precisión la banda prohibida en cualquier valor entre 0 y 0,2 voltios electrones. Este efecto fue totalmente reversible y la banda prohibida se redujo a cero bajo el vacío.

La técnica no implica cualquier ingeniería complicada o la modificación del grafeno, pero requiere un recinto donde se pueda controlar con precisión la humedad.

 

CONCLUSIÓN

Después de leer todas estas propiedades del grafeno creo que podemos hacernos una idea de lo maravilloso de este material y, por tanto, del motivo de la concesión del premio Nobel. Evidentemente hay muchas más propiedades y hay mucha más física detrás de cada una de ellas de lo que yo he comentado aquí de forma divulgativa, pero a mi modo de ver son de sobra suficientes para informar a todos aquellos que buscaban saber qué es el grafeno, y para que todo aquel que quiera indagar un poco más sobre el grafeno tenga una base para hacerlo.

Para terminar me gustaría destacar que no se si estaréis igual de impresionados que yo cuando descubrí las fantásticas propiedades del grafeno, pero lo cierto es que nos abre una cantidad inmensa de campos de investigación; y no sólo para entender físicamente el grafeno, sino también para posibles implementaciones en nuevas tecnologías que den lugar a nuevos dispositivos, y quién sabe, quizá también a una nueva física de los materiales.

 

Otras noticias

http://www.abc.es/20120712/ciencia/abci-descubren-grafeno-puede-repararse-201207121128.html
http://www.abc.es/20110621/ciencia/abci-cientificos-descubren-manera-simple-201106211020.html 
http://www.abc.es/20110810/ciencia/abci-cientificos-obtienen-grafeno-partir-201108101331.html 
http://www.abc.es/20120621/ciencia/abci-logran-fabricar-grafeno-material-201206211049.html 
http://www.abc.es/20120625/ciencia/abci-obtienen-agua-potable-filtro-201206251245.html

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