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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.
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. En Tendencias21 ya
hemos informado 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.
La última novedad sobre el grafeno, según informa
en un comunicado la Universidad de Columbia,
es que, por primera vez, los investigadores han
confirmado lo que ya se sospechaba: que se trata del material más fuerte jamás
testeado.
Un sólido futuro
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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
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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”.
Fuentes relacionadas:
Excelente, quiero una casa con ese material jejeje.
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