Auguran al grafeno un papel importante en las predicciones de Einstein

     

     La confirmación de predicciones basadas en la Teoría de la Relatividad de Einstein es una de las aplicaciones que podría tener uno de los nuevos materiales, el grafeno, sobre cuyas propiedades se debate en Madrid en el Simposio "Materiales bidimensionales".

     Así lo ha explicado el profesor titular del Instituto Tecnológico de Massachusets (MIT, por sus siglas en inglés), Pablo Jarillo-Herrero, uno de los responsables de este simposio organizado por la Fundación Ramón Areces junto con el Instituto Tecnológico.

     El objetivo de estas jornadas es, por un lado, acercar a la sociedad las investigaciones que se están realizando en torno a estos "materiales bidireccionales" -denominados así por su espesor de varios átomos de grosor- y trazar, a partir de estas reuniones, una hoja de ruta que determine el camino a seguir en este sector.

     Entre las aplicaciones destacadas, los ponentes han planteado emplear estos materiales para fabricar "techos fotoluminiscentes que emitan una luz mucho más natural y uniforme, un sistema de audio o altavoces en las paredes de los edificios a partir de un papel elaborado con grafeno, detectores de luz infrarroja para visión nocturna en los smartphones", e, incluso, algo que ya es una realidad, "transistores de grafeno diez veces más rápidos que los de silicio".

     "Normalmente, cuando se descubre un nuevo componente, pasan de 20 a 50 años -depende del material-, hasta que se utiliza de manera masiva; en este caso, los grafenos se descubrieron hace algo más de diez años y, aunque aún es pronto todavía, lo cierto es que hay avances considerables en su uso, como en los teléfonos táctiles cuya pantalla está hecha con grafeno, o pulseras que miden la presión arterial", ha indicado Jarillo-Herrero.

     Estos nuevos materiales poseen propiedades extraordinarias; el más conocido de todos, el grafeno, es más resistente que el acero a la vez que es mucho más ligero, además de ser el mejor conductor de la electricidad que se conoce.

     Durante la primera jornada han participado otros investigadores del MIT y de centros españoles como la Universidad Autónoma de Madrid, la Universidad Politécnica de Madrid (UAM), el centro IMDEA-Nanociencia de Madrid y el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona.

     El investigador español en ciencia aplicada de materiales bidimensionales en el MIT, Tomás Palacios, coordinador de las jornadas, ha destacado a EFE que cree que este es "el periodo más apasionante de la historia humana en cuanto a ciencia y tecnología", y estima que, para España, "la clave está en poder conectar a la sociedad con los científicos y los ingenieros".

Grafeno más efectivo y más limpio

     Aranzazú Heras y Álvaro Colina, dos profesores de química analítica de la Universidad de Burgos, han logrado, con su grupo de investigación y en colaboración con la empresa Dropsens, eliminar gran parte de los defectos que se crean al fabricar el grafeno y demostrar simultáneamente que ese proceso ha tenido lugar. «Lo que hacemos es que según estás quitando esos defectos, a la vez estamos midiendo y sabiendo si lo tenemos recuperado, es decir, cuántos defectos hemos quitado y cómo está ese grafeno», asegura Heras. El gran avance que han conseguido es recuperar ese material de un modo sencillo, limpio y sobre todo efectivo.

     Heras y Colina se conocieron haciendo la tesis doctoral bajo la dirección del también profesor Jesús López Palacios, con el que empezaron a trabajar una nueva línea de investigación en Burgos casi pionera en España, la espectroelectroquímica. «Consiste en combinar la espectoescopía, cómo interacciona la luz con la materia y la electricidad con la materia a la vez, que es lo que al final hemos aplicado al grafeno en nuestra investigación», apunta Colina. Empezaron en el año 1996 y 20 años después están recogiendo los frutos de esa apuesta que hizo López Palacios.

     Las propiedades extraordinarias que tiene el grafeno son que conduce muy bien la electricidad y el calor y al ser tan fino es casi transparente. Pero uno de los problemas que hay es su propia fabricación. Es muy difícil hacerlo en grandes cantidades. La forma más sencilla de hacerlo es coger grafito y despegar las hojas del mismo.

     «Lo que pasa es que cuando haces ese proceso químicamente se obtienen hojas bastante grandes conductoras, pero se crean defectos en la superficie, y el material no tiene ni la misma conductividad, ni la misma transparencia. Pierden propiedades».

     Hasta ahora lo que han descubierto es que pueden modificar esas propiedades para quitarle los defectos. «El objetivo claro es tener grafeno de buena calidad, en nuestro caso de análisis, pero la cuestión es hacerlo de una forma lo mas eficiente, limpia y que no te lleve mucho tiempo saber si lo has conseguido», asegura Heras. Con esto se consigue además un gran ahorro de tiempo y económico, al no utilizar técnicas excesivamente caras.

     Gracias también a la empresa asturiana Dropsens S.L., con la que llevan colaborando varios años, iniciaron esta investigación porque les sirve para fabricar nuevos electrodos con nuevas propiedades que ellos puedan comercializar. «Con esto esperan vender el grafeno que estamos haciendo», incide Colina.

     Por otra parte el grafeno es un material tan novedoso que algunas teorías que se publican no son demostrables. «Hay que crear una standarización. Seguramente se llama grafeno a una cosa que serán cientos de tipos de grafeno.Y ahora estamos intentando descubrir qué diferencias hay entre todos esos grafenos diferentes, que son los que van a servir para hacer mejor un análisis de una cosa o de otra porque no está, digamos, regularizado», concluye Colina.

Detectar mutaciones de ADN

     Un grupo de bioingenieros de la Universidad de California en San Diego ha desarrollado un chip biosensor de grafenoque tiene la capacidad de detectar las mutaciones de ADN para diagnosticar enfermedades graves. 

     Uno de los indicadores más comunes de muchas patologías es la presencia de una mutación genética conocida como polimorfismo de un solo nucleótido (SNP por sus siglas en inglés). Se trata de una variación que afecta a uno de los elementos fundamentales del ADN, que es reemplazado por otro en la secuencia del genoma.

     La mayoría de estos cambios no tienen ningún efecto sobre la salud, pero algunos de ellos están asociados a patologías como el cáncer, la diabetes, las enfermedades del corazón, neurodegenerativas, autoinmunes e inflamatorias. Además, también puede afectar a la forma en la que el organismo reacciona ante las bacterias, los virus, los medicamentos y otras sustancias. 

     Hasta ahora, realizar pruebas para la detección de este tipo de mutación es una tarea lenta, compleja y cara. El chip biosensor de grafeno que han diseñado estos investigadores terminaría con este problema, ya que se trata de una solución barata que permite hacer los tests con facilidad y en tiempo real para ofrecer los resultados cuanto antes a los pacientes.

     "Estamos liderando el desarrollo de un método digital rápido y de bajo costo para detectar mutaciones en alta resolución en la escala de un único cambio de nucleótido en una secuencia de ácido nucleico", explica Ratnesh Lal, uno de los miembros del equipo. 

     Más adelante, los científicos prevén probar el chip en el ámbito clínico y utilizarlo para realizar biopsias líquidas. Esperan que esta tecnología pueda conducir a una nueva generación de diagnósticos y tratamientos personalizados en medicina.  

De electricidad a luz

     Un grupo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha descubierto una nueva manera de convertir la electricidad en luz gracias al grafeno.

     Este nuevo procedimiento de conversión de energía eléctrica en radiación visible es similar al efecto de "boom" acústico que se produce cuando un avión se mueve más rápido que la velocidad del sonido. Los investigadores del MIT han descubierto que un flujo de electricidad en una hoja de grafeno puede, en determinadas circunstancias, exceder la velocidad de un rayo de luz ralentizado y producir una especie de "boom" óptico, lo que se traduce en un haz de luz enfocado con una gran intensidad.

     Este descubrimiento ha sido producto de la observación y la investigación teórica. Los científicos se dieron cuenta de que cuando la luz incide sobre una lámina de grafeno, es posible reducir su velocidad. La reducción de la velocidad de los fotones, que son partículas de luz, está muy cerca de la velocidad de los electrones, las partículas con carga eléctrica negativa, que avanzan a través del material.

     La velocidad de ambas partículas es tan similar que se pueden producir interacciones significativas entre los dos tipos de partículas. "Esta combinación de propiedades - ralentizar la luz y permitir que los electrones se muevan más rápido - es una de las características inusuales del grafeno", asegura Marin Soljačić, coautor del estudio. "Eso nos sugirió la posibilidad de utilizar el grafeno para producir el efecto contrario: producir luz en lugar de atraparla".

     Como resultado de este fenómeno, del mismo modo que romper la barrera del sonido genera una onda de choque acústica, en el caso del grafeno esto conduce a la emisión de una onda de choque de la luz. 

     De acuerdo con los investigadores, este procedimiento es altamente controlable y rápido, ytiene una eficiencia superior a otras formas de convertir electricidad en luz, como los filamentos de tungsteno, los tubos fluorescentes o los diodos LED.

     Gracias a estas características, esta nueva forma de generar luz con grafeno tiene infinidad de aplicaciones potenciales y resulta especialmente atractiva para la fabricación de chip con circuitos basados en luz más pequeños y eficientes. 

     De momento se trata de un trabajo teórico, y el siguiente paso consiste en la prueba de concepto. Los científicos esperan que los experimientos sean factibles en uno o dos años, para posteriormente optimizar el sistema y buscar una mayor eficiencia. 

Bombillos de bajo costo

     Investigadores de la Universidad de Manchester han creado una bombilla utilizando grafeno, un material que es 200 veces más duro que el acero y un millón de veces más delgado que un pelo humano.
Una bombilla que cuesta menos fabricar, gasta menos energía y dura más que incluso el LED, estará disponible a finales de año. Investigadores de la Universidad de Manchester y el Instituto Nacional del Grafeno (NGI) del Reino Unido han comentado que han estado trabajando en una bombilla de grafeno. La bombilla contiene una luz LED con forma de filamento incandescente, pero está recubierto con fibras de carbono de grafeno.

     Se espera que la bombilla esté a la venta a finales de 2015, que será también atenuable como cualquier bombilla incandescente, y que se venderá a un precio competitivo por Graphene Lighting PLC, una compañía del Reino Unido creada desde la Universidad de Manchester.

     Ni la Universidad ni el NGI han mencionado cifras relacionadas con la eficiencia lumínica o vida esperada de la bombilla, diciendo sólo que duraría más que los LED y sería más barata de fabricar.

Hay actualmente más de 35 compañías colaborando con el NGI. En 2017 la Universidad abrirá el Centro de Ingeniería e Innovación del Grafeno (GEIC), lo que acelerará el proceso de introducción de productos en el mercado.

“Esta bombilla demuestra que los productos con grafeno son ya una realidad, sólo poco más de una década desde que se aisló por primera vez, un plazo muy corto en términos científicos”, ha afirmado Colin Bailey , vicepresidente de la Universidad de Manchester, en un comunicado.

“Esto es sólo el comienzo. Nuestros colaboradores y socios están estudiando muchas aplicaciones interesantes, todas las cuales han empezado aquí, en Manchester. Es emocionante que el NGI haya lanzado su primer producto a pesar de que casi no haya abierto sus puertas todavía”, ha concluido Bailey.

Chaleco a prueba de AK-47

     

     La Armada española y la Universidad Politécnica de Cartagena se han embarcado en un proyecto experimental para probar el uso de chalecos fabricados con grafeno que serán tan resistentes que podrán incluso resistir los disparos de ataques de fusiles AK-47 (kalashnikov), el arma más utilizada desde la Segunda Guerra Mundial en conflictos bélicos y ataques terroristas.

     El proyecto, denominado ‘Aplicaciones del Grafeno en Equipos Personales para Defensa’ (AGEPAD), ha sido seleccionado por el Ministerio de Defensa para probarlo en sus soldados, y explorar de esta manera una nueva vía del que está llamado a ser el material del futuro, tanto por su resistencia como por sus múltiples aplicaciones.

     La duración total del proyecto será de 18 meses y los objetivos son el diseño y construcción en la Estación Naval de La Algameca de un Sistema Integrado de Experimentación Balística en Exteriores con Munición Real (SIEBEMR), según estándares de la OTAN, junto con la fabricación y caracterización de una serie de nanocomposites (materiales compuestos basados en nanotecnología), frente a impactos balísticos con fuego real.

     Según informan en sendos comunicados la UPCT y la Armada, los resultados que se obtengan serán punteros en el campo de la balística terminal de nanomateriales y sentarán las bases para el diseño de un chaleco antibalas que podría ser revolucionario.

     El origen de este proyecto se remonta a julio de 2014, cuando un equipo de investigadores de la Politécnica solicitó a la Armada su colaboración con el fin de evaluar la capacidad de protección balística de un blindaje basado en el grafeno.

     Para ello, la Armada designó para apoyo y colaboración al Tercio de Levante de Infantería de Marina, una unidad que contribuye activamente a este proyecto aportando el personal y equipamiento militar necesarios, así como la experiencia de sus cuadros de mando y soldados en diversas misiones operativas.

OLEDs más eficientes

     

     Un equipo de científicos del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) ha diseñado diodos OLED extremadamente flexibles y con una excelente eficiencia gracias al grafeno. Este descubrimiento supone un avance para el desarrollo de pantallas ultrafinas y ultraligeras enrollables. 

     Por si te suena el concepto pero no sabes exactamente lo que significa, OLED (del inglés Organic Light-Emitting Diode, diodo orgánico de emisión de luz) es un diodo que se basa en una capa electroluminiscente formada por una película de componentes orgánicos que reaccionan a una determinada estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos. 

     Gracias a que se trata de un sistema de auto-emisión de luz, cada píxel es capaz de mostrar la imagen sin necesidad de luz trasera, lo que permite que las pantallas sean más finas, así como más baratas y sencillas de fabricar en relación a la tecnología LED. Además, la calidad de imagen que ofrecen es superior.

     Ahora estos investigadores han optimizado los diodos OLED con grafeno para que sean más flexibles y tengan una eficiencia mayor. Lo que han hecho ha sido utilizar el grafeno como un electrodo transparente que se coloca en el medio de dióxido de titanio y de capas de polímero conductor.

     En los OLEDs, uno de los electrodos es generalmente transparente para permitir la liberación de energía en forma de un fotón, y dependiendo de qué electrodo sea transparente pueden emitir desde la parte superior o inferior. Los diodos convencionales de emisión inferior utilizan un ánodo transparente compuesto de óxido de indio y estaño (ITO), y este es el material que ha sido sustituido por grafeno.

        Además, los científicos han propuesto una nueva arquitectura de dispositivo para aprovechar al máximo la eficiencia del grafeno. Para ello, han fabricado un ánodo transparente introduciendo el material en medio de dióxido de titanio y capas de polímero conductor, un diseño óptico que permite aumentar la reflectancia. Gracias a esta nueva arquitectura, los OLEDs de grafeno presentan una eficiencia un 40,8% superior.

Empresa minera deja el oro para extraer grafeno

     

     
     Mark Thompson abandonó sus planes de explotar una mina de oro para buscar fortuna en el grafito, el material que se usa en los lápices desde hace siglos.

     Pero no le interesan tanto los instrumentos de escritura de la vieja escuela. La empresa de Thompson, Talga Resources Ltd., planea convertir el grafito de alta pureza proveniente de Suecia en un material llamado grafeno, que es más fuerte que el acero, conduce la electricidad mejor que el cobre y es tan liviano y flexible que las compañías como Samsung Electronics Co. lo usan para desarrollar nuevos dispositivos.

     El grafeno fue descubierto en el 2004 por dos científicos británicos que usaron cinta Scotch para extraer capas del espesor de un átomo de carbono puro de laminillas de grafito, con lo que ganaron el premio Nobel por su trabajo. Si bien su mercado recién se está formando, el esfuerzo de Talga para producir el material de manera rentable podría habilitar usos comerciales en baterías, pantallas táctiles, ropa inteligente y materiales de construcción.

     “Fabricamos unos gramos por día en el laboratorio y, si se pudieran fabricar toneladas por año, sería un enorme paso adelante”, dijo Laurence Hardwick, que investiga el grafeno para el Instituto Stephenson de Energía Renovable en la Universidad de Liverpóol. “Si Talga puede generar los volúmenes que dice que puede fabricar, eso debería brindar una buena oportunidad de producir grafeno a escala”.

     Thompson, de 49 años, que es director gerente y el mayor accionista de Talga, empezó a cautivarse con el grafeno en 2011 en una conferencia de minería en Hong Kong. Los participantes festejaban las perspectivas de que el litio que se usa en las baterías de próxima generación fuera consumido en grandes cantidades por fabricantes como Tesla Motors Inc. o Apple Inc. Lo que llamó la atención de Thompson fue el componente más grande de las baterías: el grafito que revestía los cables y los ánodos.

     Hasta entonces Thompson planeaba desarrollar minas de oro y mineral de hierro. Todo lo que sabía sobre el grafito era que la gente lo usaba para dibujar desde el siglo XVI. Pero la perspectiva de un aumento de la demanda de la electrónica despertó su interés. Por eso, menos de un año después de fundar Talga, un pequeño emprendimiento minero, Thompson empezó a cambiar el foco de atención de la compañía australiana.

     “Después de ver la cadena de suministro de las baterías y el crecimiento de los vehículos eléctricos, supimos que queríamos dedicarnos al grafito”, contó Thompson, que nació en Australia y trabajó dos décadas en la industria minera buscando principalmente oro.

     Estudió viejos registros de perforación de Suecia para encontrar una veta de grafito más puro que el que proviene de los productores de bajo costo de China. Talga, que tiene su sede en Perth, le compró los derechos de extracción a Teck Resources Ltd., compañía canadiense que buscaba cobre y oro en lugar de grafito.

     Lo que Thompson encontró al norte del Círculo Polar Ártico, cerca de la ciudad sueca de Vittangi, fue un filón que calificó de “depósito natural monstruo”. El grafito está tan concentrado que se lo puede cortar fácilmente en bloques que son más fáciles y más baratos de procesar.

     “El grafito con pureza como para baterías está en una etapa de muy fuerte crecimiento”, dijo Simon Moores, director gerente de Benchmark Mineral Intelligence, firma de investigación de la industria con sede en Londres. “Estamos viendo un esfuerzo de las grandes empresas de baterías para firmar contratos a largo plazo y tratar de echar mano de la oferta”.

Preservativos más resistentes y seguros

     
     
     El grafeno, el material milagro del siglo XXI, tiene infinidad de propiedades. Una de ellas es que permite fabricar preservativos más elásticos, resistentes y seguros. 

     Así lo ha demostrado en un estudio un equipo de investigadores de la Universidad de Manchester. En sus experimentos, estos científicos han añadido una minúscula cantidad de grafeno a películas de goma, y el resultado ha sido que ha aumentado su resistencia y flexibilidad hasta un 50%.

     El equipo realizó las pruebas con dos tipos de materiales:caucho natural, llamado polisopreno, y un caucho sintético llamado poliuretano. Dependiendo del tipo de goma, añadieron grafeno de diferente tipo, cantidad y tamaño para adecuarse a las características específicas de cada compuesto.

     En la mayoría de los casos observaron que el material resultante podía ser estirado en un mayor grado y con mayor vigor que antes. Y la cantidad necesaria de grafeno es mínima: con solo añadir una décima parte de un 1% se consigue que el caucho sea un 50% más fuerte.

     Este avance tiene un gran potencial para mejorar la vida cotidiana, ya que el caucho se utiliza en una gran variedad de aplicaciones. Una de ellas son los condones, que gracias a esta combinación podrán ser más finos, resistentes y seguros. Además, también permitirá fabricar mejores guantes, ropa deportiva o dispositivos médicos, así como optimizar un sinfín de productos.

Mirando de cerca

     A continuación daremos un vistazo a las opiniones de Konstantín Novosiólov acerca de su descubrimiento por el cual obtuvo el Premio Nóbel de Física.

Introducción

 
      En esta página quiero ofrecerles un maravilloso viaje para descubrir un material que revolucionara al Mundo, es decir el grafeno. Este material posee grandiosas maneras de utilizar, las cuales descubrirán al adentrarse a esta página y harán que motiven a sus amigos o a su familia a hacer lo mismo.

     Gracias al descubrimiento de las diversas utilidades de este material, Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov obtuvieron el Premio Nobel de Física en el año 2010.

     Con el grafito (que se utiliza para fabricar la mina de los lápices), se puede crear el Grafeno, ya que el grafito es considerado una pila de gran cantidad de láminas de grafeno.


Espero que les guste y tengan en mente que a la final ustedes son los que tienen que manejar la tecnología, no la tecnología manejarlos a ustedes.