En este artículo trataremos acerca de qué es el grafeno y para qué se usa, ya que muchos podemos estar no tan familiarizados con este interesante material.
Muy delgado y con diversos atributos
El grafeno es el material conocido hasta ahora que es mejor en todo: flexibilidad, resistencia, conducción y peso, entre tantas otras propiedades.
Viene siendo el compuesto más delgado conocido por el hombre, con solamente un átomo de espesor.
Es un millón de veces más delgado que un cabello humano.
Y también el más liviano, ya que un metro cuadrado pesa 0,77 miligramos.
Más fuerte que el acero
Pese a ser extremadamente flexible, es entre 100 y 300 veces más fuerte que el acero.
Esto lo transforma en el compuesto más fuerte descubierto hasta ahora.
En los 15 años desde que se logró su aislamiento de manera estable, ha ido revolucionando la industria tecnológica y la medicina.
Debido a esto, la Unión Europea destinó un gran presupuesto para impulsar su investigación.
Estas características han convertido al grafeno en el material del futuro.
Muchos esperan que impulse una verdadera revolución y el surgimiento de tecnologías novedosas en una amplia gama de campos, incluidos los envases.
Por medio de una alianza con una empresa especializada en producir envases, la investigación de este material da un salto hacia la producción de éstos.
La industria del envase podría experimentar una verdadera revolución mediante el uso de un material más liviano y resistente que ningún otro.
¿Qué es el grafeno?
El grafeno es un material casi transparente.
Está compuesto por carbono puro organizado en un patrón regular hexagonal, similar al grafito,
En términos simples, es un cristal atómico bidimensional, su ancho es el del átomo, con propiedades únicas y sobresalientes.
Además de ser el material más delgado, liviano y resistente conocido, es flexible, impermeable a las moléculas y extremadamente conductor de electricidad y calor.
El repentino interés de la ciencia en este compuesto lleva a pensar que se trata de un material nuevo.
Sin embargo, lo cierto es que su enlace químico y estructura se describió por primera vez en la década de 1930.
Pero, no fue hasta 2004 que los científicos rusos Andréi Gueim y Konstantín Novosiólov lograron aislar una capa de grafeno a temperatura ambiente.
En 2010 ganaron el Premio Nóbel por este logro y fue entonces que este material comenzó a impactar en la ciencia e ingeniería.
Grafito y grafeno
Explicando en términos sencillos el origen del grafeno, se puede decir que el grafito está compuesto de grafeno.
Pensemos en un lápiz mina; esa mina grafito es como una torta de mil hojas, donde cada hoja es un grafeno.
Es, por lo tanto, una capa bidimensional de átomos de carbono.
Si bien esto se sabía desde hace muchos años, recién hace unos 15 años se descubrió que es posible estabilizar una lámina, lo que antes se creía que era imposible.
Es el material más conductor de electricidad y térmico de los que se conocen hasta la actualidad.
Es el material más resistente a la tracción, con mejor propiedad mecánica que se conoce.
La revolución del grafeno
¿Por qué causa revolución el grafeno?
Básicamente, porque en todo es el mejor.
Hoy el grafeno se presenta como una solución para una multitud de campos y aplicaciones industriales.
Especialmente es útil en la electrónica, para fabricar superbaterías, cables de alta velocidad, pantallas táctiles flexibles.
La medicina también puede aprovechar sus bondades.
Incluso sirve para la desalación de agua.
Pero su disponibilidad para el consumo masivo, así como su paso del laboratorio a una escala industrial, podría producirse mediante su incorporación en el packaging de productos, un área que hoy se está comenzando a explorar con fuerza.
El Proyecto Grafeno
Tras el hallazgo de Gueim y Novosiólov, científicos e ingenieros de todo el mundo empezaron a trabajar en ideas para aprovechar el grafeno.
Las propiedades de este material hacen pensar en una revolución similar a la que produjo el plástico en la industria.
El éxito obtenido por el plástico radicó principalmente en sus excelentes propiedades y en su capacidad de procesarse de diferentes maneras para obtener distintas aplicaciones.
Investigación en curso
El impacto del grafeno, y lo que se espera de él, fue muy importante.
A causa de ello, en 2013 la Unión Europea lanzó el proyecto Graphene Flagship (Buque Insignia Grafeno), a 10 años y con un presupuesto de mil millones de euros.
Este proyecto busca impulsar una investigación conjunta y sin precedentes sobre este material, conformando la mayor iniciativa de investigación de Europa.
El estudio está compuesto por más de 150 grupos de investigación académicos e industriales en 23 países.
Este trabajo está coordinado por la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gotemburgo, Suecia.
Hasta ahora el proyecto se ha centrado principalmente en aplicaciones tecnológicas, médicas y de seguridad.
Posible uso dentro del consumo masivo
Pero, además este supermaterial dio un paso que puede implicar su arribo a los productos de consumo masivo.
Con este fin se explora su potencialidad en la fabricación de envases de alimentos y bebidas.
Para ello, una empresa multinacional se unió al Proyecto Grafeno como representante exclusivo de la industria de envases, para explorar posibles aplicaciones futuras del grafeno en esta materia.
La noticia fue bien recibida hasta por el mismo Novosiólov.
El grafeno posee el potencial de revolucionar una gama de procesos e industrias.
Desde el primer aislamiento de grafeno en 2004, se ha visto un tremendo éxito y la aplicación del material en el mercado dentro de las industrias electrónica y automotriz.
Se espera con ansias la próxima fase del Proyecto Grafeno y así explorar posibles innovaciones en la industria de los envases.
La incorporación de esta empresa multinacional al proyecto, está determinada por su ambición por la innovación y por la intención de colocarse a la vanguardia de la investigación de punta en esta materia.
Planean lograrlo trabajando con algunas de las mentes más brillantes para ser pioneros en los usos del grafeno en la industria de alimentos y bebidas.
Grafeno: aplicaciones y usos prácticos
El grafeno es un material con increíbles posibilidades.
Está formado de una capa de carbono de un solo átomo de espesor y tiene una gama de propiedades muy atractivas:
- Alta resistencia.
- Gran conductividad térmica y eléctrica.
Fué descubierto hace poco menos de una década.
Como supermaterial el grafeno tiene aplicaciones increíbles que vamos a poder ver en un futuro no muy lejano.
Veamos algunas de estas innovaciones que permiten conseguir con el grafeno aplicaciones que pueden llegar a cambiar parte de nuestras vidas.
La pintura de grafeno
Unos científicos que trabajan en la Universidad de Manchester han podido combinar el grafeno con el metal de transición, dichalcogenides.
El dichalcogenides es un material tan delgado y flexible, que puede absorber la luz solar y producir electricidad en cantidades similares a los paneles solares.
Este material no solamente posee la capacidad potencial de proporcionar energía a nuestros hogares, sino que además podría ser incorporado en smartphones y tablets.
Sería posible la creación de un smartphone que funcione con energía solar el cien por ciento del tiempo.
El grafeno y la ingeniería biológica
Las propiedades ofrecidas por el grafeno permite el desarrollo de aplicaciones que podrían revolucionar este campo de diversas maneras.
Como ejemplo mencionaremos que sería un buen candidato para la creación de dispositivos sensoriales bioeléctricos rápidos y eficientes.
Estos dispositivos deberían contar con la capacidad de controlar mecanismos como los niveles de glucosa, los niveles de hemoglobina, colesterol e incluso la secuencia de ADN.
Inclusive, el grafeno, debido a sus características podría utilizarse a modo de un antibiótico o como tratamiento contra el cáncer.
Asimismo, gracias a su composición molecular y biocompatibilidad potencial, podría usarse en el proceso de regeneración de tejidos.
Los plásticos de grafeno
Ya que el grafeno es uno de los materiales ligeros más fuertes, podría ser utilizado y combinar con plásticos.
Al grafeno se le puede mezclar fácilmente con resina de epoxy.
Esto podría ser utilizado para reemplazar a los metales en la industria de la automoción y en la aeroespacial.
Se podrían fabricar coches y aviones mucho más ligeros.
Estos aparatos serían más eficientes en cuanto a combustible.
Dentro del sector aeroespacial, la conductividad de los materiales compuestos de plástico y grafeno también ayudaría con las tormentas eléctricas o las interferencias.
Capacidad para la ultrafiltración
Otra propiedad destacable del grafeno es que puede permitir que el agua pase a través de él, pero es casi completamente impermeable a líquidos y gases.
Esto quiere decir que el grafeno tiene aplicaciones como mecanismo de ultrafiltración para actuar como barrera entre dos sustancias.
La ventaja de usar el grafeno es que, como tiene un solo átomo de espesor, también puede ser usado a modo de una barrera capaz de medir electrónicamente la tensión y presión entre las dos sustancias.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Columbia ha logrado crear filtros de grafeno monocapa con tamaños de poros tan pequeños como 5 nm, lo que es mucho menor que los 30-40 nm de las más avanzadas membranas nanoporosas actuales.
Si bien estos tamaños de poro son extremadamente pequeños, como el grafeno es tan delgado, la presión durante el proceso de ultrafiltración se reduce.
El grafeno es, de lejos, mucho más fuerte y menos frágil que el óxido de aluminio que se usa actualmente en aplicaciones de filtración sub-100 nm.
Estos descubrimientos podrían propiciar que el grafeno sea utilizado en sistemas de filtración de agua, sistemas de desalinización y también en la creación de biocombustibles eficientes y económicamente más viables.
El grafeno y sus aplicaciones en los tejidos vivos
Existen Investigadores evolutivos que han desarrollado una forma potencial de utilizar el grafeno para conectar con las neuronas de nuestro cerebro.
De este modo, se podrían construir miembros biónicos.
Estos miembros tendrían el potencial de permitir que las personas con lesiones en la columna y extremidades puedan volver a utilizar esos miembros nuevamente.
Conclusión
Al cabo de relativamente muy pocos años examinando diferentes usos potenciales de este novedoso material, aún no hemos vislumbrado todas la oportunidades en cuanto a las diferentes capacidades del grafeno y sus aplicaciones.
Es posible que sea un material que podría cambiar la forma en que vivimos.
Probablemente en algunos años nos preguntaremos cómo hemos podido vivir sin el grafeno.
Al parecer, el grafeno ha llegado para quedarse.