El grafeno: el material milagroso

                   Grafeno Codigo 01.1102016

Podemos definir los períodos de la historia según los materiales que se utilizaron en determinados momentos. Mis abuelos crecieron en la era del acero. Mis padres vieron el hormigón armado convertirse en corriente principal. Por mi parte, crecí rodeado de plásticos.

Ahora, estamos empezando a ver una nueva generación de materiales, basados en la ingeniería de sustancias, en cierto modo o derivando de la escala atómica. Esto tiene la capacidad de inaugurar una gama de aplicaciones que parecen ciencia ficción. Estas van desde membranas que generan energía desde la mezcla de agua, hasta un alucinante concepto de ascensor espacial.

Hoy vamos a profundizar uno de los materiales más conocidos: el grafeno. Para ayudarnos en el camino, entrevistamos a Ron Mertens de Graphene-info.

Andrew Lockley: Ron, ¿podemos comenzar con una breve introducción al grafeno?

Ron Mertens: El grafeno es un material 2D hecho de átomos de carbono, dispuesto en un panal entrelazado. Por un material 2D, quiero decir que es sólo un átomo de espesor. El grafeno fue aislado por primera vez en 2004. Sin embargo, es en realidad en derivado del grafito. El grafito ha sido extraído y utilizado durante miles de años.

Los investigadores que primero aislaron el grafeno encontraron que tiene algunas características notables. Es el material más fuerte del mundo – 200 veces más fuerte que el acero. También es el material más conductor del mundo, tanto para la electricidad como para el calor. El grafeno es delgado, flexible y transparente, y tiene excelentes propiedades ópticas. Gracias a la gran cantidad de atributos sorprendentes del grafeno, científicos y expertos de la industria se refieren a él como un “material milagroso”. Están entusiasmados con su potencial para revolucionar mercados enteros.

AL: ¿Puedes hablarnos sobre la historia de la investigación del grafeno?

RM: Como ya dije, el grafeno fue aislado por primera vez en 2004. Aunque los investigadores sabían sobre el grafeno durante años, nunca lograron aislar una sola capa. Esto fue resuelto con un método simple – utilizando una cinta adhesiva para exfoliar el grafito. Al aplicar la cinta adhesiva al grafito, y después lo retiramos, conseguimos escamas del grafito (que son muy frágiles). Los investigadores hicieron esto repetidamente, y finalmente tenían láminas de grafeno de una sola capa. El método es simple pero efectivo. Investigadores de Manchester University obtuvieron el Premio Nobel en 2010

El Reino Unido se considera el “lugar de nacimiento del grafeno” y ha asignado cientos de millones de dólares para construir centros de investigación del grafeno y acelerar las actividades de I + D. Hasta el día de hoy, el Reino Unido es uno de los centros más importantes de grafeno del mundo.

AL: ¿Qué tipo de usos tiene el grafeno?

RM: Desde el descubrimiento del grafeno, los investigadores de todo el mundo comenzaron a estudiarlo, y resulta que el grafeno puede revolucionar industrias enteras. Las posibles aplicaciones de grafeno incluyen pantallas de ordenador flexibles y transparentes; Materiales compuestos fuertes y ligeros; Agua desalinizada barata usando membranas de grafeno; Paneles solares de bajo costo y eficientes; Computadoras rápidas; baterías ligeras y potentes que se cargan en cuestión de minutos; Sensores únicos; y mucho más. La gama completa de posibilidades del grafeno parece estar muy lejos de ser descubierta.

AL: Todas estas aplicaciones suenan geniales. ¿Puedes dar algunos detalles específicos sobre las baterías de grafeno?

RM: Las baterías son importantes en muchas áreas – incluyendo vehículos eléctricos, teléfonos móviles, y más. La tecnología de la batería está avanzando, pero actualmente muy lentamente. El grafeno puede ser la clave para baterías más duraderas y con una carga más rápida. El grafeno es el material con la superficie más aprovechable, básicamente toda la superficie! Por lo tanto, es muy adecuado para ser utilizado como un electrodo – porque la superficie es lo que importa cuando se trata de alta potencia, y por supuesto, los tiempos de carga rápida.

Muchas empresas están desarrollando baterías a base de grafeno, que ahora están empezando a entrar en el mercado, aunque probablemente pasarán algunos años antes de que veamos en realidad las baterías de grafeno producidas en serie para automóviles eléctricos.

AL: Además de las baterías, ¿dónde se usa el grafeno hoy en día?

RM: Las primeras aplicaciones comerciales del grafeno se encuentran en materiales compuestos. Agregar incluso una pequeña cantidad de grafeno a metales, plásticos, caucho o incluso fibra de carbono puede transformar estos materiales en mucho más fuertes. Ya estamos viendo algunos productos que utilizan grafeno, en el mercado. Los primeros eran equipos deportivos como cascos, raquetas de tenis, esquís y ruedas de bicicleta.

El grafeno es un gran conductor, y también es flexible y transparente. Esto lo hace adecuado para pantallas táctiles (para hacer los cables conductores transparentes). Esta fue probablemente la primera aplicación que la gente tenía en mente a partir de 2010. Mientras que las capas táctiles basadas en grafeno están de hecho disponibles hoy en día, esta no es realmente una aplicación que el grafeno parece estar ganando. Otras aplicaciones que ahora entran en el mercado son las baterías de grafeno y los supercapacitores.

AL: No había reparado que un material pueda ser a la vez transparente y conductivo. ¿Cómo funciona?

RM: Sí, esto a veces confunde a la gente. Materiales conductores transparentes se utilizan en muchas aplicaciones – como pantallas táctiles y monitores OLED [diodos emisores de luz orgánicos]. El material más común en la actualidad en estas aplicaciones es el óxido de indium (elemento químico de numero atómico 49 y símbolo in) tin oxide (ITO). Estos materiales no son 100% transparentes – pero son suficientes para ser transparente a nuestros ojos. Una sola capa de grafeno puro absorbe alrededor del 2,3% de la luz que la atraviesa. Y símbolo in

AL: ¿Se utilizará el grafeno para fabricar chips más rápidos y eficientes en el futuro?

RM: El grafeno es el mejor conductor del mundo, es ideal para muchas aplicaciones, pero los transistores están hechos de materiales que son semiconductores, en los que la conductividad puede ser controlada. Para ello, el material tiene que tener lo que se conoce como “brecha de banda”. El grafeno normalmente no tiene una banda de separación – lo que significa que es muy conductor, pero por lo tanto, no es un buen material para la base de los transistores. Se puede introducir una brecha de banda mediante varios métodos, tales como cortar grafeno en una forma de cinta. Los investigadores están estudiando estas soluciones.

Por otra parte, el furor por el grafeno estimuló la investigación de otros materiales 2D, y ahora hay docenas de materiales comparables -incluyendo hojas 2D hechas de MoS2 [disulfuro de molibdeno] y silicio. Algunos de estos materiales tienen una brecha de banda propia. Por lo tanto, es más probable que los futuros transistores se hagan de MoS2, más que con grafeno.

AL: ¿Cuáles son los principales desafíos en la industria del grafeno?

RM: El grafeno sigue siendo costoso de fabricar, y algunos tipos de grafeno sólo se producen en cantidades limitadas. Esto hace que sea difícil utilizarlo comercialmente.

Uno de los mayores retos en esta etapa es la estandarización. Hay varios tipos de grafeno, y decenas de empresas que lo producen – cada uno con diferentes propiedades y precios. Si desea adoptar grafeno en su producto puede ser muy difícil elegir el tipo correcto.

AL: El grafeno parece que va a ser un material muy importante. ¿Tienes algún comentario sobre inversión, para las personas interesadas en participar en la revolución del grafeno?

RM: El grafeno está siendo investigado por un gran número de universidades en el mundo. Además, muchas compañías grandes están trabajando en este material – incluyendo Samsung, LG, Nokia, Sony, IBM, Intel y Apple.

La UE lanzó un proyecto de diez mil millones de euros (llamado el buque insignia del grafeno) para acelerar la I + D y el Reino Unido invirtió cantidades similares en los centros de investigación del grafeno. Hemos visto las inversiones masivas de grandes empresas, así como muchas pequeñas empresas en esta área.

Tras la euforia sobre el grafeno, varias compañías en fase inicial se hicieron públicas en los últimos años. No va a ser una tarea fácil para elegir los ganadores, e incluso sabemos de algunas operaciones de estafadores que tratan de atraer a los inversores inocentes.

En Graphene-info publicamos sobre las oportunidades de inversión en esta industria, porque somos muy conscientes de lo difícil que es mantenerse al tanto de los últimos desarrollos. Es un campo técnico y de rápido movimiento. El sitio fue lanzado en 2009 como un centro de conocimiento centrado en el grafeno – por lo que tenemos una larga historia, en relación con la investigación de campo. Nuestro sitio creció rápidamente y ahora es leído por decenas de miles de lectores cada mes. Es un gran lugar para ver las últimas noticias.

Andrew Lockley – Exponential Investor

Exponential Investor is published by MoneyWeek Research Limited.