Una simple lámina ultrafina en red hexagonal de átomos de carbono es la llave del futuro industrial y tecnológico de la civilización; un material ultraligero, resistente y con unas propiedades casi mágicas para las necesidades actuales y futuras.
Hasta hace muy poco, quizás hasta la invención de los plásticos (unos cien años, más o menos) todo lo que el ser humano construía nacía de la propia tierra: madera, piedra, adobe, ladrillos, el cemento, las aleaciones metálicas… todo tenía su origen en alguna mina, bosque o cantera, y todo pasaba por fábricas o herrerías. Ahora eso ha cambiado. El trabajo a nivel molecular de la ciencia y la tecnología industrial derivada ha conseguido que el ser humano diseñe, ex profeso, los materiales que necesita para sus ambiciones, a veces a partir de materiales naturales, otras veces desde el laboratorio. De todos los posibles, el grafeno es quizás el más interesante por lo que supone de revolución en la física de materiales. Este trabajo lleva años en marcha pero es ahora cuando más difusión tiene porque empieza a tener más y más aplicaciones a todos los niveles. Tiene un problema principal: su producción, por ahora, es muy limitada por lo complicado que es el proceso, y eso limita, y mucho, su desarrollo.
El grafeno es una sustancia de carbono puro, dispuesta en una lámina bidimensional (en contraste con el material del que emana, el grafito, que se estructura tridimensionalmente) de estructura hexagonal, como un panal de abejas. Tiene el mínimo grosor posible y es tremendamente maleable, una monocapa atómica que se ha convertido en una prioridad absoluta para empresas, agencias de investigación y cualquier mente que quiera saber cómo construiremos casi todo, desde coches y aviones a pantallas de ordenador o componentes médicos. Es ultraligero (apenas tiene el grosor de un átomo, 1 metro cuadrado pesa 0,77 mg) y tremendamente resistente; es 200 veces más fuerte que el acero y tiene la densidad de la fibra de carbono, con lo que es un material absolutamente primoroso para la industria y cualquier tipo de componentes. Es lo que en ciencia se denomina un “alótropo”, es decir, un teselado hexagonal plano que se genera a partir de la superposición de los “híbridos sp” de los átomos de carbono entrelazados.
Imágenes al microscopio electrónico en diferentes tamaños; a la derecha una lámina ultrafina de grafeno
Los que empezaron la gran bola de nieve del grafeno fueron Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov, ambos premios Nobel de Física en 2010 precisamente por todo lo que descubrieron sobre este material y que abrió las puertas a una revolución silenciosa (la opinión pública apenas conoce nada del grafeno) gracias a sus propiedades; más allá de la filigrana de laboratorio, el grafeno aporta mucho: a la ligereza y fortaleza hay que añadir que es transparente, flexible, tiene una alta conductividad de calor y energía eléctrica, se puede mezclar por reacción con otras sustancias, puede generar electricidad si recibe luz directa (algo muy importante por las posibilidades energéticas que supone), se enfría menos al conducir energía (supercondensador es perfecto). Y el “regalo” final: puede repararse a sí mismo, ya que cuando una lámina de grafeno se quiebra concentra átomos de carbono vecinos para conservar su estructura y corregir el agujero.
Todas estas propiedades son vitales para poder entender su utilidad. La tecnología necesita opciones para poder usar materiales deformables en máquinas cada vez más pequeñas, complejas y que necesitan de mejores características. El grafeno tiene una flexibilidad milagrosa. Es famosa la demostración que hicieron en laboratorio: crearon una hamaca de grafeno de un metro cuadrado y apenas un átomo de espesor; soportó hasta 4 kg de peso sobre ella antes de romperse. Y eso que la hamaca pesaba apenas un miligramo. No obstante tiene críticos, sobre todo por parte de suministradores de los compuestos competidores. Las principales industrias beneficiadas serán las de informática, telefonía móvil, industria energética, industria pesada y los constructores de componentes, y la medicina, porque la lista de aplicaciones biomecánicas es larga como un día. Todas estas características son clave para entender cómo funciona un material del que seguiremos hablando en los próximos años y que formará parte de nuestro vocabulario doméstico. En estos momentos, incluso, puede que la pantalla en la que lee estas palabras sean tan perfectas por el grafeno. Y eso es sólo el principio.
¿Qué aplicaciones puede tener?
La electrónica es un cliente principal del grafeno; si bien tendrá que complementarse con el silicio porque ambos tienen características diferentes, es evidente su utilidad como parte de los circuitos integrados por su alta conductividad, aunque la producción todavía está lejos de ser la necesaria. Lo que no tiene el grafeno es una banda de resistividad similar al silicio. Tendrán que convivir. Y un pequeño fallo: el grafeno no puede dejar de ser conductor, literalmente no se apaga. Eso es un problema. Pero no en los cables de alta velocidad. Le permitiría ser parte de la nueva generación de cables de fibra óptica; la velocidad se multiplicaría, al igual que la capacidad de transmisión, lo que abriría puertas al futuro de las telecomunicaciones.
Pantallas táctiles fabricadas con grafeno
Más importante aún es su papel en el desarrollo de baterías de alta capacidad: al explotar la capacidad de conducción del grafeno en algún tipo de dispositivo cerrado se convertirán en la base de una generación de súper baterías mucho más potentes que las actuales, que son ya un quebradero de cabeza. Y siguiendo con telecomunicaciones: las aplicaciones en el campo de las pantallas táctiles es inmenso. Investigadores de EEUU y Corea del Sur ya han experimentado positivamente con este tipo de sistemas; el grafeno es transparente, flexible, alto conductor eléctrico y permitiría una mejor transmisión. El trabajo en óptica y electrónica llevaría a cámaras fotográficas mil veces más sensibles que las actuales. En Singapur construyeron un sensor de grafeno que aumentó exponencialmente la sensibilidad del dispositivo un millar de veces. Eso supone mejores capturas de luz, un consumo mucho menor de energía y la producción en serie sería mucho más barato.
En medicina el grafeno, en forma de óxido, puede actuar como anti cancerígeno si es dirigido hacia las células cancerosas. Se podría usar como parte de los tratamientos para prevenir la propagación tumoral, pero está todavía en mantillas. También en biomecánica aplicada a soluciones para mutilados que necesiten de prótesis; las características físicas del grafeno lo convierten en un material prometedor en ingeniería médica.
El otro maná industrial: los metales raros
Son la semilla de la próxima revolución industrial y que en parte ya ha empezado, metales de propiedades casi mágicas que permiten crear maravillas tecnológicas pero que ya ha enfrentado a China con Occidente porque el gigante asiático dispone de yacimientos inmensos y restringe el acceso al resto. Por eso Occidente los busca por todo el mundo (en Australia, California, Sudáfrica, Canadá, Suecia y Groenlandia) para asegurarse sus propias reservas. Son el “nuevo petróleo”, o mejor dicho, la nueva base sobre la que se asentará la siguiente burbuja económica e industrial. Los llamados “metales raros” o “tierras raras” eran metales o materias primas presentes en la tabla periódica química a los que nadie hacía mucho caso, hasta que las investigaciones dieron como resultado miles de utilidades, especialmente en el campo del magnetismo y la energía nuclear (sobre todo la familia de los lantánidos, 15 en total) pero también en la electrónica y las nuevas tecnologías al ser mucho de ellos derivados de otros materiales clásicos como el zinc, el plomo o el aluminio.
El grupo más importante es el de los lantánidos, conocidos desde el siglo XVIII pero que eran apenas irrelevantes hasta finales del siglo XX, pero también figuran el galio, el cadmio, indio, germanio, tungsteno, bismuto, selenio, renio y telurio. Son una puerta abierta a la siguiente gran revolución industrial basada en las tecnologías más complejas y que abarcan la energía nuclear, la aeroespacial, los superconductores y todas las derivaciones imaginables del magnetismo aplicables, desde la telefonía móvil a la medicina pasando por la luz, las televisiones, los rayos X, aspirinas, las baterías de los motores híbridos, gafas, encendedores, lentes de cámaras fotográficas, fósforos, televisiones en color, vidrio coloreado, sistemas catalíticos o los nuevos dispositivos de armamento y defensa. Sus propiedades son muy peculiares y responden a las nuevas necesidades industriales; si no se habían cubierto antes era porque la industria científica y tecnológica no los necesitaba.
