La Universidad Estatal de Kansas ha descubierto una forma accesible de producir grafeno, el nuevo material del futuro, en masa, con sólo una bujía de encendido, gas de hidrocarburo y oxígeno. Es decir: más sencillo aún que otros materiales convencionales.
El método es casi “de garaje”, si el proceso en sí se permite una licencia así: consiste en rellenar una cámara con acetileno (o gas etileno) y oxígeno, mientras que la bujía de coche genera una detonación contenida que, al combustionar con los gases, produce grafeno. El método ya está patentado, una variable a partir de los hidrocarburos. No sólo es más barato y viable, sino que daría salida a la industria de hidrocarburos (petróleo, carbón, gas) una vez que se restrinja el consumo de los mismos en la energía y la industria mundial. Esta metodología permite fabricar un gramo de grafeno con apenas un chispazo eléctrico.
Una pequeña explicación previa: el grafeno es una lámina bidimensional de átomos de carbono engarzados en una distribución hexagonal. Es el material manipulable más fino que existe, aislado por primera vez en 2004 y un auténtico “chollo” industrial por la enorme variedad de aplicaciones que tiene en la fabricación industrial, doméstica e incluso en medicina y telecomunicaciones. El método de la universidad partió de una casualidad: cuando desarrollaban geles de aerosol de hollín de carbono con el mismo método descrito, pero en lugar de un gel apareció algo que definieron como “un bizcocho negro”. Un análisis permitió ver que, en realidad, era grafeno en masa.
Grafeno en bruto producido con el nuevo método (Foto: Universidad Estatal de Kansas)
Antes de este descubrimiento los métodos para generar grafeno eran muy costosos energéticamente e incluso peligrosos: en laboratorios especiales se usaba ácido sulfúrico, nitrato de sodio o hidracina a más de mil grados de temperatura. Una receta de cocina con tantos riesgos de explosión o toxicidad que convertían la fabricación de grafeno en un juego demasiado peligroso. Además, apenas se producía cantidad; el ratio de consumo de energía por gramo de grafeno era altísimo. El problema es que el nuevo método genera más cantidad, pero de menor calidad, que debe ser luego procesado otra vez para poder generar algo mejor con lo que, por ejemplo, fabricar pantallas, baterías o instrumental médico.
Grafeno, el material del futuro
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. 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. 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.
Grafeno a diferentes distancias de microscopio electrónico
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. 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.
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, las cuales 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.
Modelo de carcasa de smartphone de grafeno, totalmente transparente
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 con base de 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.