¿Cuándo se usará comúnmente el grafeno?

Si lee muchas noticias de ciencia y tecnología, puede tener la impresión de que el grafeno es bueno en todo. El grafeno, una forma de carbono que tiene solo un átomo de espesor, tiene propiedades electrónicas, ópticas y mecánicas verdaderamente superlativas. Pero algunas aplicaciones previstas para el grafeno, como en las computadoras, parecen poco realistas. No obstante, el material puede convertirse en un componente clave en pantallas electrónicas flexibles, baterías de alta energía y otros productos.

Un modelo de la estructura del grafeno.

Electrónica súper rápida

En 2004, investigadores de la Universidad de Manchester dirigidos por Andrei Geim y Konstantín Novoselov fueron los primeros en aislar el grafeno y probar sus propiedades eléctricas ( pdf ). Hicieron grafeno triturando pequeños trozos de grafito y pelándolos con cinta adhesiva, capa por capa, hasta que tuvieron mallas de carbono de un solo átomo de espesor. Por este trabajo, la pareja ganó el Premio Nobel de Física 2010 . El grafeno, ellos y otros han descubierto, es raro. Exhibe lo que se llama conducción balística: la carga eléctrica se mueve a través del material sin impedimentos, mucho más rápido que en el silicio, el material que se usa para fabricar los circuitos integrados actuales.

Al principio, los investigadores estaban muy entusiasmados con la posibilidad de la computación con grafeno. Pero no espere encontrar un procesador de grafeno dentro de su próxima computadora portátil. El grafeno no es un semiconductor, lo que significa que no se puede cambiar de su estado conductor a un estado aislante sin que los investigadores hagan muchos retoques y mimen el material. Sin un estado de apagado fuerte que coincida con su encendido, es poco probable que los interruptores de grafeno reemplacen al silicio en la lógica digital.

Las propiedades eléctricas del grafeno se adaptan mucho mejor a los circuitos analógicos, del tipo que se usa en las telecomunicaciones. Por ejemplo, en 2011, IBM demostró circuitos de grafeno rápidos del tipo que se usa en aplicaciones de telecomunicaciones.

cosas fuertes

Algunas de las mejores propiedades del grafeno son mecánicas. Es flexible y elástico. En 2008, investigadores de la Universidad de Columbia demostraron que el grafeno era el material más fuerte jamás probado. Investigadores de la Universidad de Texas en Dallas, dirigidos por ray baughman , han estado trabajando para aprovechar esta combinación de fuerza, flexibilidad y alta conductividad en textiles de grafeno . Los hilos de grafeno se pueden convertir en músculos artificiales o combinarse con materiales de batería para alimentar dispositivos electrónicos portátiles. Este artículo explica un posible diseño .

Un hito importante en la comercialización del grafeno fue ir más allá del llamado método de la cinta escocesa que se utiliza para fabricar copos pequeños de grafeno de alta calidad, uno a la vez. En 2013, investigadores dirigidos por Rodney Ruoff en la Universidad de Texas en Austin cultivaron grafeno de alta calidad en grandes áreas al depositar el carbono de un gas en láminas de cobre bajo condiciones cuidadosamente controladas (se puede encontrar más información en este papel ). Eso es importante: solo el grafeno de alta calidad muestra conducción balística. En 2014, Samsung mostró cómo podía crecer grafeno sobre una superficie alterna, germanio.

Algunos de los colegas de Ruoff en la Universidad de Texas en Austin se basaron en su trabajo de crecimiento de grafeno para hacer circuitos de telecomunicaciones resistentes y flexibles. Estos dispositivos son lo suficientemente resistentes como para pasar por encima de ellos con un automóvil y pueden sobrevivir a un chapuzón en el agua. Deji Akinwande demostró estos dispositivos en un documento en 2013 y ha estado trabajando con Corning y 3M para aumentar la producción.

Posibilidades de poder

Las aplicaciones más cercanas a la comercialización aprovechan la conductividad y la resistencia mecánica del grafeno y lo utilizan como material de electrodo. Puede servir como reemplazo flexible del óxido de indio y estaño como electrodo conductor transparente para pantallas táctiles, por ejemplo. En septiembre de 2014, el Cambridge Graphene Center y la empresa de electrónica Lógica plástica demostrado un pantalla flexible con electrodos de grafeno .

Agregar grafeno a los electrodos de la batería podría hacer que las baterías de alta energía, que ayudarán a los automóviles a conducir más lejos y hagan que los dispositivos electrónicos duren más entre cargas, sean más estables mecánicamente. En 2011, investigadores de la Universidad de California, Berkeley, utilizaron grafeno para sándwich y estabilizar electrodos de batería de estaño. Uno de esos investigadores, Yuegang Zhang, posteriormente trasladó su laboratorio a China con la esperanza de comercializar este trabajo más rápidamente. En 2014, su grupo de la Academia de Ciencias de China demostró que los sándwiches de grafeno se estabilizan electrodos de azufre .

Investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles, están explorador si el grafeno podría usarse para almacenar energía en nuevos tipos de supercondensadores, que se cargarían mucho más rápido que las baterías y mantendrían tanta energía (hay más información en este papel .)

La comida para llevar:

El trabajo pionero de Geim y Novoselov se publicó hace solo 11 años, y eso es poco tiempo en la ciencia de los materiales. El impacto total del grafeno, en dispositivos electrónicos resistentes y flexibles y dispositivos portátiles, aún está a años de distancia. Mientras tanto, espere desarrollos más pequeños, como una próxima bombilla LED cuyo filamento está recubierto de grafeno para aumentar su vida útil y disminuir su consumo energético.

Gracias a Ron Waldron por esta pregunta. Envíe el suyo a [email protected].

esconder