El grafeno, según los científicos, será vital en los próximos años para el desarrollo de la nanoelectrónica porque tiene mejores propiedades que el silicio para desarrollar dispositivos para ordenadores en los que se puede almacenar más información. Por grafeno se entiende «cada lámina atómica que uno puede extraer del grafito, un material carbonoso cuyo modelo está formado por láminas de átomos de carbono apiladas unas sobre otras». Esta es la explicación de Juan Ignacio Paredes, un científico del Instituto Nacional del Carbón (Incar) que dirige dos proyectos de investigación para averiguar las posibilidades futuras de aplicación del grafeno.Desde que hace cinco años un equipo de la Universidad de Manchester (Inglaterra) consiguió separar y obtener láminas individuales de grafito, denominadas grafeno, numerosos grupos de investigación se han lanzado a averiguar las propiedades de este material. De momento, está demostrado que el grafeno «tiene las propiedades del grafito, como una buena conductividad térmica y eléctrica y que es muy resistente químicamente, pero unas propiedades mejoradas e incluso tiene otras como permitir el transporte de los electrones casi sin resistencia y otras características de la física fundamental que surgen debido a su naturaleza bidimensional».
El grafeno, un sólido bidimensional, según este investigador del Incar, una vez que se logró separar del grafito se pensó en utilizarlo para aplicaciones en transistores. Según Paredes, la electrónica se basa en silicio y «cada vez es más difícil optimizar las propiedades de este material porque en nanoelectrónica se buscan estructuras más pequeñas y efectivas, con altas densidades que permitan tener muchos procesos en poco espacio, de ahí que se haya pensado en sustituir el silicio en electrónica y una posibilidad puede ser el grafeno. Con la nanoelectrónica, en los dispositivos electrónicos cada vez hay más chip por centímetro cuadrado porque son más pequeños, con dimensiones nanométricas que tienen más densidad y, por tanto, más capacidad de almacenamiento, cuanto más pequeños son».
Gran parte de los estudios, pues, buscan sustituir el silicio por el grafeno. De momento, según este investigador del Incar, no se comercializan dispositivos electrónicos basados en grafeno «y puede que no se consigan antes de 10 ó 20 años, si es que al final se consigue implementarlo». Para conseguirlo, Paredes señala que antes hay que resolver conseguir separar los grafenos en grandes cantidades que permitan una producción industrial porque, en su opinión, «no basta con hacer los dispositivos electrónicos en los experimentos, sino que necesitamos producirlos en grandes cantidades para usarlos en dispositivos electrónicos como los transistores de factor de campo eléctrico».
La preparación
Hasta la fecha no se ha encontrado la manera de conseguir una producción en grandes cantidades. Continúan los estudios pero «no es fácil producirlo en escala industrial, entre otras cosas porque a veces los grafenos no tienen las características deseadas porque en los procesos de preparación se pueden introducir defectos en el material que degrada sus características».
Entre los estudios sobre el grafeno se encuentran dos que se realizan en el Incar y en los que Juan Ignacio Pareces es el investigador principal. Uno de estos proyectos lleva por título «Filmes nanoestructurados de grafeno, puros e híbridos» y está financiado por el Principado. Uno de los objetivos de este estudio es utilizar grafenos y prepararlos como absorventes de cara a un hipotético uso para el almacenamiento de hidrógeno en un coche eléctrico alimentado por una pila de combustible.
El segundo proyecto, en este caso financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, se denomina «Preparación y caracterización de nuevos materiales de carbono basados en grafenos individuales». Con este estudio se busca, a juicio de Paredes, «buscar soluciones al problema que plantea separar los grafenos de grandes cantidades para ver qué les ocurre cuando intentas prepararlos. Se trata de desarrollar técnicas y metodología que nos permita utilizarlos en grandes cantidades».
Las posibles aplicaciones de los grafenos, además de la nanoelectrónica, pasan por su utilización como componentes en células fotovoltaicas (la generación de electricidad a partir de la luz del sol) lo que es posible, según Juan Ignacio Paredes, porque «los grafenos en forma de filme son delgados, transparentes y buenos conductores».
Asimismo, las propiedades mecánicas de los grafenos hacen que se esté buscando su aplicación en los materiales compuestos. Así pues, se está estudiando su uso como refuerzo de polímeros cuyas propiedades mecánicas son bajas o malas. En el caso concreto de pizeas de aviones que están formadas por materiales compuestos rodeados por fibras de carbono «se está pensando en sustituir las fibras por grafenos porque son mejores».
Los sensores moleculares o de gases, según Paredes, son otra posible aplicación de los grafenos «porque tiene una superficie que permite una interacción de forma sensible a su ambiente «porque todos sus átomos que están en la superficie son muy sensibles a su ambiente y todos van a interaccionar con lo que está a su alrededor».
Así pues, con estas posibilidades futuras del grafeno, no es extraño que los proyectos de investigación del grafeno hayan crecido «de forma exponencial» en el último lustro.
El grafeno, que no sólo se puede obtener del grafito sino por procesos químicos, es objeto de estudio principalmente en EEUU, Inglaterra y China.
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