Grafeno: una revolución tecnológica. Composición de grafeno

O grafeno es un cristal bidimensional formado por enlaces entre átomos de carbono, con hexágonos que forman algo así como una malla de alambre o una malla de meta. Es, por tanto, otro alótropo sintético del carbono, procedente de uno de sus alótropos naturales, el grafito, el mismo que se utiliza en los lápices para escribir. Este material tiene propiedades extraordinarias, como los que se muestran a continuación:

• é muy bien - tiene un átomo de espesor;

• é muy resistente - es unas 200 veces más fuerte que el acero y más fuerte que el diamante, dentro de sus proporciones;

• é flexible;

El grafeno es un material ligero, flexible, muy resistente y transparente

• tiene alta conductividad térmica y eléctrica - su conductividad eléctrica es 100 veces más rápido que el cobre, que es el conductor más utilizado del mundo. Los estudios iniciales mostraron que la velocidad de los electrones en el grafeno es de 1000 km / s (60 veces más rápido que el silicio, que es el elemento utilizado actualmente en semiconductores, transistores para

  papas fritas, células solares y multitud de circuitos electrónicos) y puede alcanzar una velocidad de 3000 km / s con una muy buena calidad de este cristal;

• é impermeable - pudiendo bloquear incluso el helio, un gas extremadamente ligero;

• tiene alta dureza;

• é muy ligero y delgado, como la fibra de carbono, pero más flexible. Con 1.0 gramo de grafeno, es posible cubrir una superficie de 2700 m²;

• tiene menos efecto Joule - pierde menos energía en forma de calor al conducir electrones;

• é transparente - transmite el 97,5% de la luz;

• é barato - su materia prima es abundante (el grafeno puede provenir de cualquier material de carbono);

• puede autorrepararse-Si.

Las propiedades de este material comenzaron a ser estudiadas y divulgadas en 2004 por los científicos Andre Geim y Konstantin Novoselov, de Universidad de Manchester, que, por tanto, recibió el Premio Nobel de Física 2010. Ellos obtuvo grafeno al limpiar la superficie de un tablero de grafito, desgastándolo gradualmente con cinta adhesiva.. Cuando analizaron el residuo de grafito que quedaba en la cinta bajo un microscopio atómico, vieron que estos residuos mantenían la estructura cristalina hexagonal de grafito y que también tenía una peculiar disposición simétrica de electrones que aumentaba su conductividad. En el grafeno, los electrones se comportan como si no tuvieran masa. Las pruebas demostraron que funcionaba muy bien como transistor.

Andre Geim y Konstantin Novoselov ganaron el Premio Nobel de Física 2010 por descubrimientos relacionados con el grafeno *

No pares ahora... Hay más después de la publicidad;)

Como se muestra en el texto alotropía de carbono, el grafito está formado por placas o capas de hexágonos que se atraen entre sí en el espacio. El grafeno está formado por una sola de estas placas, que tiene proporciones nanométricas (1 nanómetro es igual a una mil millonésima parte de un metro (10^-9 metro)). Tú nanotubos de carbon son grafenos envueltos. La otra forma alotrópica sintética de carbono, la C₆₀ (buckminterfullereno), es como el grafeno doblado en forma de balón de fútbol.

Estructuras alótropos de carbono: grafeno, grafito, C-60 y nanotubos de carbono

Así, dado que todas las cualidades mencionadas se encontraron en un solo material, la investigación sobre las posibilidades del uso del grafeno se han aprovechado, prometiendo ser una revolución tecnológico.

Entre los posibles aplicaciones de grafeno que podría cambiar el mundo que conocemos son:

• Tienemuestra flexible que se puede plegar. Un ejemplo son las pantallas de tabletaarena smartphones que, cuando caen, se rompen. El grafeno se utilizaría para producir una pantalla táctil (pantalla táctil), flexible, transparente e irrompible. Reemplazaría el ITO (óxido de estaño dopado con indio) que se utiliza actualmente en pantallas sensibles;

• acelerar internet. Se ha demostrado que el grafeno puede convertir información óptica en eléctrica a una velocidad unas 100 veces más rápida que los convertidores eléctricos;

• puede ser usado en electrónica para disipar el calor;

• En la producción de sensores, ya que el grafeno está formado enteramente por superficie;

• En dispositivos fotónicos;

• Aindustria aeroespacial, naval, automotriz y civil;

• En la producción de composicion;

• Aárea biomédicapor ejemplo, para realizar prótesis e implantes flexibles y ligeros;

• en telecomunicaciones;

• En generación de energía, como en paneles solares, celdas de hidrógeno y baterías de larga duración;

• En cámaras fijas más sensibles;

• En cables de alta velocidad;

• En cuadros que absorben energía.

La Comunidad Europea ha puesto en marcha un programa que destinará mil millones de dólares a la investigación sobre el grafeno en varios países. La investigación de este material en Brasil se lleva a cabo principalmente en la Universidade Presbiteriana Mackenzie, que invirtió 30 millones de reales para crear el MackGrafe, un centro de investigación sobre grafeno.

Queda por ver qué aplicaciones del grafeno se convertirán realmente en una realidad en nuestra sociedad.

* Imagen con derechos de autor: rook76/Shutterstock.com

Por Jennifer Fogaça
Licenciada en Química

¿Le gustaría hacer referencia a este texto en una escuela o trabajo académico? Vea:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Grafeno: una revolución tecnológica"; Escuela Brasil. Disponible: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/grafenouma-revolucao-tecnologica.htm. Consultado el 28 de junio de 2021.