El estudio de materiales empezó con recurso industrial y se ha convertido en una disciplina en sí misma, mezcla de química, física y desarrollo tecnológico. El grafeno, el supuesto material que lo cambiará todo, tiene en su carrera por ser tomado más en serio un nuevo aliado, el hormigón. De hecho es una dupla de beneficio compartido: un nuevo hormigón menos dañino con la naturaleza, más fuerte y duradero que utiliza grafeno.

La Universidad de Exeter se puso manos a la obra de darle al grafeno un nuevo uso, e los múltiples que ya acumula. La nueva técnica se basa en la nanotecnología derivada del grafeno, fabricado y desarrollado a esa escala en laboratorio, y que al ser combinado con el hormigón multiplicó no sólo la dureza y resistencia, sino también su longevidad, un problema serio en la construcción con este material. Todos sabemos que el hormigón termina por deshacerse, a veces incluso más rápido que su antecesor más antiguo, el cementum romano. Este nuevo híbrido soporta el doble de peso y presión, y también resiste cuatro veces más degradación por culpa del agua.

Y con un añadido más: en la fabricación de hormigón se produce una “huella de carbono”, es decir, el consumo de elementos fósiles que generan toxicidad en el medioambiente; con el nuevo método se redujo más de la mitad. El método utilizado consiste en la elaboración de un compuesto mixto en laboratorio al nivel atómico. Consiste en suspender átomos de grafeno en forma de láminas en agua para lograr un material si defectos, en un sistema de producción a bajo coste, y que sería utilizado en la mezcla para la fabricación del polvo que dará luego base al hormigón.

Imagen de Dimitar Dimov : University of Exeter

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 a diferente escala del grafeno, por microscopio electrónico

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.