El metal del siglo XXI: el Grafeno

Se le conoce por ser flexible, impermeable, transparente, extraordinariamente resistente, abundante, económico y sobre todo, por conducir la electricidad mejor que ningún otro metal conocido. Hablamos del grafeno, una lámina de carbono cuyo espesor puede ser de un solo átomo y que, desde su descubrimiento en 2004 ha conseguido convertirse en el metal del siglo XXI.

Sus propiedades electrónicas han suscitado un gran interés para la investigación y el desarrollo de nuevos materiales. Este metal saltó a la fama en 2010 cuando sus creadores, Andre Geim y Konstantin Novoselov, científicos de la Universidad de Manchester (Reino Unido), fueron premiados con el Premio Nobel de Física "por sus experimentos fundamentales sobre el material bidimensional grafeno".

Está formado por anillos hexagonales de átomos de carbono. Cada capa formada por estos anillos hexagonales tiene una altura de aproximadamente un átomo de carbono por lo que gracias a esta característica se pueden obtener capas de este metal extremadamente delgadas.

Sus propiedades han sido calificadas como asombrosas por la mayoría de los científicos. Entre las más destacadas se incluyen su resistencia, flexibilidad, su elasticidad y su alta conductividad térmica y eléctrica. Además, el grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo. Hasta el momento, es el único metal conocido que puede combinar todas esas características simultáneamente.

Existen varias formas de producir grafeno. En la actualidad se comercializa de dos maneras: en lámina y en polvo. La primera de ellas es más costosa pero produce grafeno de mayor calidad. Por su parte, el grafeno en polvo cuenta con un proceso de obtención mucho más barato, pero como consecuencia su calidad es peor ya que renuncia a parte de sus propiedades.

Por el momento, son muy pocas las empresas españolas que se están dedicando a la producción y desarrollo del grafeno. Aún así, su repercusión en el mercado internacional es más que impresionante.

APLICACIONES DEL GRAFENO

Si una cosa está clara es que el grafeno es un material fuera de lo común. Por sus propiedades, podría servir como material para la fabricación de aviones satélites espaciales o automóviles. También sería útil a la hora de construir edificios ya que los podría hacer más resistentes.

Pero sin duda, el campo en el que más ha destacado este material a lo largo de los últimos años es en el de la electrónica, donde gracias a su capacidad para almacenar energía consigue que por ejemplo, las baterías de nuestros teléfonos tengan una mayor duración y un menor tiempo de carga.

Además de permitir baterías más ligeras y con más capacidad, sería posible cargarlas en minutos en lugar de las horas que se necesitan ahora. Una empresa que ya lo ha conseguido ha sido ZAP&GO. Esta startup ha creado un cargador que permite cargar una batería de unos 1.500 mAh en tan sólo 5 minutos.

Dada su transparencia y buena conductividad, el grafeno se puede emplear en la fabricación de pantallas táctiles flexibles de dispositivos electrónicos ya que es capaz de producir electrones sin apenas calentarse en el proceso.

Este material también permitirá construir ordenadores muchos más rápidos mediante el desarrollo de microprocesadores con transistores de grafeno. El secreto de la alta velocidad está en estos transistores, cuánto más pequeños sean, más rápido ira el ordenador, ya que la distancia que tienen que recorrer los electrones cuando los atraviesan es mucho más pequeña.

Uno de los primeros en desarrollar circuitos y dispositivos electrónicos de grafeno ha sido el equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Su primer prototipo de transistor de grafeno de bajo coste fue presentado en la reunión anual de la Sociedad Americana de Física en marzo de 2009 y, desde entonces, se han producido avances de muy importantes.

Sus ventajas son prometedoras también para el sector de la generación y almacenamiento de energía. Uno de los mercados que ha sabido sacar provecho de este material ha sido el automovilístico. Las baterías de grafeno parecen una realidad cercana y capaz de acabar con los mayores problemas que plantea el coche eléctrico.

Uno de estos problemas es, sin duda, la duración y autonomía de la batería, ya que en la actualidad las baterías usadas son de ion de litio. Este material hace que los coches tarden varias horas en recargarse. Este problema se ha acabado con el descubrimiento de la batería de polímero de grafeno desarrollada por la empresa española Grafhenano y la Universidad de Córdoba. Esta batería pesaría la mitad que las baterías a las que estamos acostumbrados, su coste de producción sería bastante menor, ofrecería una autonomía de 1.000 kilómetros y se cargaría en tan solo 8 minutos.

El sector de las energías renovables también se vería beneficiado por este material ya que el grafeno puede desarrollar placas solares ligeras, flexibles y baratas gracias a las investigaciones de varios científicos que han demostrado que este metal es capaz de convertir un fotón en múltiples electrones capaces de conducir la energía eléctrica.

Una de las aplicaciones que más ha dado que hablar es aquella que permite la desalinización del agua mediante el grafeno. Investigadores del MIT lograron en su día, purificar el agua de una manera mucho más eficiente que la que se utiliza en la actualidad. Para ello utilizaron láminas de grafeno perforadas con agujeros a los que se añadieron otros elementos que provocaron que los bordes de estas aperturas interactuasen químicamente con las moléculas de agua.

En estos últimos años también han sido muchos los que han decidido investigar sobre las propiedades antibacterianas de este material. Un ejemplo de ellos son los trabajos realizados por los investigadores del Instituto de Física Aplicada de Shangai que descubrieron en su experimento que el grafeno podría utilizarse para vendajes, envases para alimentos o para fabricar prendas de vestir y calzado sin olor.

Las puertas abiertas sobre sus aplicaciones son, sin duda, infinitas. Y, por todo ello, y gracias a sus increíbles propiedades, el grafeno se presenta como un gran candidato para ser el metal de este siglo.