Grafeno, el material del futuro


En el año 2004 se obtuvo un nuevo y asombroso material: el grafeno. Los científicos André Geim y Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester, Reino Unido, fueron galardonados en 2010 con el Premio Nobel en Física “por sus experimentos fundamentales sobre el material bidimensional grafeno”.

Al igual que el diamante y el grafito, el grafeno es una de las formas en las que encontramos al carbono; es decir, los tres materiales se encuentran formados por átomos de carbono, pero organizados de forma diferente. En el caso del grafeno, dicha organización forma un patrón de anillos hexagonales, dando lugar a un material bidimensional denominado hoja de grafeno cuyo espesor equivale al tamaño de un átomo; es decir, aproximadamente 10-10 metros y, en las otras dos dimensiones (ancho y largo), un tamaño que varía entre algunos nanómetros (10-9 metros) y hasta unos centímetros, dependiendo del proceso de obtención.

El grafeno presenta características físicas muy interesantes, tales como: a) debido a su estructura bidimensional, muestra una elevada transparencia óptica; b) es hasta 200 veces más resistente que el acero; c) su dureza es mayor a la del diamante; d) es un material flexible y más ligero que el aluminio; e) es un excelente conductor térmico y eléctrico, el cual supera al cobre; y, finalmente, f) debido a su composición a base de carbono, es biocompatible y, por ende, se espera lograr con él diversas aplicaciones biomédicas.

Las mencionadas propiedades del grafeno no han sido encontradas en un solo material; por ejemplo: el oro, a pesar de su elevada conductividad, no posee una adecuada transparencia; en cambio, los óxidos metálicos —conductores transparentes— reúnen ambas propiedades, pero no poseen flexibilidad; además, debido a su abundancia en la naturaleza (particularmente, el grafito, su principal precursor), ha recibido el sobrenombre de “material que revolucionará el futuro”.

Desafortunadamente, éste no se encuentra en forma natural, por lo cual es necesario fabricarlo. Podría decirse que el grafeno es el núcleo base del grafito, material ampliamente conocido y utilizado, debido a su abundancia en la naturaleza, pues lo encontramos, por ejemplo: en una mina para lápices/lapiceros, en los electrodos de condensadores en electrónica, en las baterías para el almacenamiento de energía en la industria automovilística, en tintas conductoras de grafito, entre otros.

Se habla de grafito cuando varias hojas de grafeno se disponen casi paralelamente e interactúan entre sí como; estas interacciones han sido llamadas “fuerzas de Van der Waals”. De lo anterior se desprende que, para obtener grafeno es necesario romper dichas interacciones, siempre evitando hacer el menor daño posible a la estructura bidimensional de las hojas de grafeno.