Grafeno, el revolucionario material que dos décadas después de su descubrimiento ayuda a mejorar el mundo
Se trata de una forma cristalina del carbono equivalente a una sola capa de grafito, solo que tiene un átomo de espesor; este material se está abriendo camino en baterías y supercondensadores, lo que permite tiempos de carga más rápidos y una vida útil más larga
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BBC Mundo
En un mes de octubre, pero de hace 20 años, dos físicos en la Universidad de Manchester, Andre Geim y Konstantin Novoselov, publicaron una importante investigación titulada “efecto de campo eléctrico en películas de carbono delgadas de forma atómica”. Su trabajo describe las extraordinarias propiedades del grafeno, una forma cristalina del carbono equivalente a una sola capa de grafito, solo que tiene un átomo de espesor.
Por ese tiempo, yo había comenzado mi doctorado en la Universidad de Surrey. Nuestro equipo se especializaba en las propiedades electrónicas del carbono. Los nanotubos de carbono eran la última tendencia que yo seguía con mucho interés. Un día mi profesor animó a un grupo de estudiantes a que atendiéramos una charla con un científico muy conocido, especialmente en el campo de la divulgación científica. Era Geim.
No nos decepcionó. Fue una inspiración para nosotros, unos jóvenes estudiantes de posgrado, al mostrarnos extravagantes experimentos que incluían ranas que levitaban antes de hablar del atómicamente delgado carbono. No sobra decir que éramos escépticos sobre este concepto. No podíamos creer que un material que se obtenía de una mina de lápiz con cinta adhesiva era realmente lo decía ser. Pero estábamos equivocados. El trabajo pronto fue imitado y reproducido por científicos alrededor del mundo.
Entusiasmo desmedido
Nuevos métodos para hacer este material fueron creados. Se escuchaba que poseía propiedades que parecían sacadas de un cómic de Marvel: más fuerte que el acero, muy flexible, impermeable a los gases. Mejor conductor electrónico que los diamantes, prácticamente invisible, además de una serie de propiedades cuánticas exóticas.
El grafeno fue exaltado como un material revolucionario, que prometía aparatos electrónicos ultrarápidos, supercomputadoras y materiales extraresistentes. Algunos fueron más allá y señalaron que el grafeno iba a permitir la construcción de ascensores espaciales, velas solares para la propulsión de vuelos en el espacio, retinas artificiales e, incluso, capas de invisibilidad.
Solo seis años después de su hallazgo, Geim y Novoselov recibieron el premio Nobel de Física, lo que impulsó aún más el entusiasmo por estudiar este material. Cientos de investigaciones se comenzaron a publicar sobre el grafeno alrededor del mundo.
Pero no todos comparten este entusiasmo. Solo basta buscar en la sección de comentarios de las publicaciones sobre el grafeno para encontrarse con los escépticos. Estos señalan que tuvieron que soportar décadas de promesas vacías sobre el impacto real de este material. “¿Dónde están los productos que nos iban a cambiar la vida o que nos iban a salvar del cambio climático?”, pregunta uno de estos críticos. Por eso surge la pregunta: ¿Fue el grafeno un gran éxito o un fracaso? Como sucede a menudo, la realidad es algo que está a medio camino.
Altas y bajas
En términos de la percepción pública es justo decir que al grafeno se le impuso un estándar casi imposible de cumplir. Los medios tradicionales pueden exagerar sobre las historias que hay en la ciencia en búsqueda de más lectores, pero los académicos - entre los que me incluyo - no son inmunes a la exageración o especulación de sus proyectos favoritos.
Puedo argumentar que esto puede ser útil con la idea de que ayude a que las tecnologías se puedan desarrollar. Sin embargo, puede ser un problema cuando ese desarrollo es decepcionante. Dicho esto, las tecnologías que rompen los moldes, como los automóviles, la televisión o el plástico, requirieron décadas de desarrollo.
El grafeno apenas llega al gran esquema de las cosas, por lo que es demasiado pronto para sacar conclusiones sobre su impacto. Lo que se produjo de forma silenciosa es una integración constante de ese material en numerosas aplicaciones prácticas.
Gran parte de esto se debe a Graphene Flagship, una importante iniciativa de investigación europea coordinada por la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia. Su objetivo es llevar el grafeno a aplicaciones comerciales del mundo real, y como resultado, se desarrollaron más de 90 productos en la última década.
Estos incluyen plásticos mezclados para equipos deportivos de alto rendimiento, neumáticos más duraderos para bicicletas, cascos de motocicleta que distribuyen mejor las fuerzas de impacto, recubrimientos termoconductores para componentes de motocicletas y lubricantes para reducir la fricción y el desgaste entre las piezas mecánicas. Los cascos de motocicleta más seguros son solo una de las muchas formas en las que el grafeno está llegando al mercado.
Este material se está abriendo camino en baterías y supercondensadores, lo que permite tiempos de carga más rápidos y una vida útil más larga. Las tintas conductoras de grafeno se utilizan ahora para fabricar sensores, etiquetas de seguimiento inalámbricas, elementos de calefacción y blindaje electromagnético para proteger dispositivos electrónicos sensibles.
Este material también se utiliza incluso en auriculares para mejorar la calidad del sonido y como un medio más eficiente de transmisión de calor en los aires acondicionados. Mientras, los productos de óxido de grafeno se utilizan para la desalinización, el tratamiento de aguas residuales y la purificación de agua potable. También se puede comprar una variedad de materiales de grafeno listos para usar en innumerables productos, y se rumorea o se sabe que grandes corporaciones como SpaceX, Tesla, Panasonic, Samsung, Sony y Apple lo están utilizando para desarrollar nuevos productos.
De la promesa a lo práctico
El impacto del grafeno en la ciencia de los materiales es innegable, pero el impacto en los productos de consumo es tangible, aunque no tan visible. Una vez que un material se incorpora a un producto no hay necesidad de seguir mencionándolo, y las preocupaciones sobre la propiedad pueden hacer que las empresas se muestren reacias a entrar en detalles.
Por lo tanto, los consumidores pueden ignorar por completo que su automóvil, su teléfono móvil o su palo de golf contienen grafeno, y lo más probable es que no les importe, siempre que funcione. A medida que los métodos de producción mejoren y los costos disminuyan podemos esperar que el grafeno se adopte cada vez más ampliamente en productos de uso general. Es probable que la gama de aplicaciones continúe expandiéndose.
Personalmente, después de dos décadas, todavía me emociono cuando lo pruebo para algo nuevo en el laboratorio. Si bien puedo ser culpable de haber contribuido al revuelo inicial, sigo siendo optimista sobre el potencial de este material. Sigo esperando mi viaje en un ascensor espacial, pero, mientras tanto me consolaré con el hecho de que el grafeno ya está ayudando a dar forma a un futuro mejor, de manera silenciosa y constante.
Por Stephen Lyth. Ingeniería Química y de Procesos, Universidad de Strathclyde
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