Goodfellow
Una fría tarde de principios del año 1953, los doctores James Watson y Francis Crick entraron exultantes en el pub “The eagle” en Cambridge y comunicaron al mundo que habían descubierto la estructura de doble hélice del ADN. Cincuenta y un años más tarde y no tan lejos del Eagle, en Manchester, dos doctores Andrew Geim y Konstantin Novoselov, un viernes por la tarde y seguramente antes de ir a tomar unas cervezas, de una manera poco convencional y académica, descubrieron en la cinta Scotch que utilizaban para limpiar la superficie del grafito, un nuevo material: el grafeno, que si bien ya se conocía, de forma teórica, desde hacia medio siglo, no había sido aislado y se creía que era tan inestable que no merecía ningún interés. Ambos descubrimientos merecieron el Premio Nobel.
Químicamente, el grafeno no puede ser un material más sencillo, solo átomos de carbono al igual que el diamante o el grafito de las minas de los lápices, es más se puede decir que el grafito son muchas capas de grafeno formando una estructura tridimensional y por ello un material que se comporta de forma muy distinta, en ocasiones opuesta, al grafeno. Sin embargo el grafeno es un material muy especial lo que hace que se hable de el como el “material del futuro”.
¿En qué se basa su exclusividad?
Lo primero y quizás lo fundamental, es que es un material bidimensional por lo que se habla siempre de ancho y largo ya que el espesor se considera inexistente, esto se debe a que esos átomos de carbono a los que antes hacía mención, forman una estructura tipo panel de abeja de una sola capa atómica. Para nuestra mente que recibe constantemente información de un mundo tridimensional es complejo hacernos a la idea de algo bidimensional, ya que si bien tenemos las hojas de papel o el papel de aluminio domestico, estos son ejemplos que distan mucho de ser bidimensionales a escala atómica.
*Antes de seguir con el Grafeno, un pequeño paréntesis llamado “nano”. En 1959, otro Premio Nobel, Richard Feynman pronunció un famoso discurso en el Caltech bajo el título: “there´s plenty of room at the botton” que me permito traducir como “al fondo hay sitio”.
En ese discurso se hizo por primera vez referencia a las posibilidades de la nanociencia y de la nanotecnología. La escala “nano” no es solo importante por conseguir materiales más pequeños sino que muchos de estos presentan características distintas en la nano-escala que en la macro-escala, igual que pasa con nuestro “amigo” el grafeno cuando se compara con las minas de los lápices.
Nuestro mundo está cambiando muy rápido y la escala Nano ha llegado para quedarse, se buscan baterías que se carguen rápido y que duren mucho, se buscan sistemas de producción de energía limpios y eficientes, se busca una medicina de alta precisión, se buscan coches seguros y más autónomos, se busca el Internet de las Cosas, todo esto y muchas más aplicaciones implican productos o procesos a escala nano.
Pero volvamos al grafeno, ya sabemos que es una monocapa atómica y un material bidimensional, pero eso salvo para los físicos, de materiales y teóricos, no parece muy interesante. Ser un fantástico conductor de la electricidad tampoco parece muy impresionante ya que el cobre de los cables es muy buen conductor, es transparente como muchos plásticos, y es en este momento cuando ya podemos ver algo distinto, ya que los plásticos o el cristal no son buenos conductores de la electricidad, sin embargo existen materiales menos comunes que conviven, aunque no lo sepamos, con nosotros a diario, que son conductores y transparentes y que forman parte de todos los smartphones como el ITO que es el óxido de estaño e indio. Pero nuestro grafeno es además flexible cosa que el ITO no es y entonces tenemos un material conductor, transparente y flexible que nos lleva a la electrónica flexible,(no hay que confundirla con la “curva”) hasta ahora ausente de nuestra vida diaria.
Más allá de esas propiedades, tiene otras que quizás no sean tan llamativas para nuestra vida diaria pero no por ello menos importantes:
Es el material conocido menos permeable a gases. Normalmente pensamos que una botella de plástico de las que compramos con agua mineral, es totalmente impermeable, es lo que nos dice nuestra razón, la podemos tener años en la nevera cerrada y sigue teniendo agua pero en realidad hay intercambio gaseoso a través del plástico, no mucho pero suficiente para que algo que tenga que aislarse lo más posible del, por ejemplo, oxigeno no pueda envolverse o encapsularse en esos plásticos y entonces el grafeno puede encontrar su aplicación.
Mecánicamente es muy resistente y teóricamente se puede decir que una lámina de un metro cuadrado sostendría un gato y pesaría menos que uno de sus bigotes.
Ese tipo de comparaciones puede dar lugar a errores de concepto ya que una monocapa de átomos de carbono es algo bastante delicado y no tiene un sentido práctico sin encontrarse sobre un soporte.
Puedo resumir sus características en:
- Fantástico Conductor del calor y la electricidad.
- Ligero y resistente.
- Impermeable a gases.
- Transparente.
- Flexible.
- Genera electricidad al ser alcanzado por la luz.
El Graphene Flagship, un ente europeo que financia, coordina y agrupa una gran cantidad de grupos de investigación entre ellos varios españoles, ha creado los siguientes grupos de trabajo:
- Tecnologías Biomédicas.
- Sensores.
- Dispositivos electrónicos.
- Fotónica y optoelectrónica.
- Electrónica flexible.
- Generación y almacenamiento de energía.
- Composites, espumas y recubrimientos.
Con posibles aplicaciones en estos campos no es de extrañar que el grafeno haya despertado tanto interés.
Tiene futuro aunque…
No quiero acabar de hablar de características y de aplicaciones sin comentar algo que de vez en cuando se dice en los medios de comunicación, que los ordenadores del futuro llevaran chips de grafeno en lugar de silicio. Evidentemente no tengo una bola adivinatoria, pero en este momento y en un futuro cercano eso es impensable por dos motivos importantes:
El grafeno no es un semiconductor, es un conductor, simplificándolo no tiene si-es y no-es, esto tecnológicamente se puede solventar. El otro motivo es en este momento de mayor peso, la industria de los semiconductores está muy desarrollada y fabrica a unos precios muy bajos, por lo que el grafeno solo tendría sentido si plantease una ventaja disruptiva, cosa que en este momento no hace.
Existen diversas maneras de conseguir grafeno, aún se puede hacer con la cinta Scotch pero se pueden dividir en aquellas que parten de un producto más sencillo como el metano y aquellas que parten del grafito. Se suele hablar de técnicas “Botton top o top botton”; sin desdeñar otras, las dos maneras más usuales, son la deposición química del vapor que es un ejemplo de “Botton top” y la exfoliación del grafito (química o mecánica) que es un ejemplo “top botton”.
Debo decir que en este momento los productos con grafeno que están en el mercado utilizan sus propiedades mecánicas y no otras, por ejemplo la raqueta con grafeno de Djokovich que se puede comprar por menos de 200 euros (una igual quiero decir), aunque es muy probable que los teléfonos plegables de Samsung estén basados en grafeno sobre un soporte polimérico.
Este es un campo de investigación muy abierto en este momento ya que aún combinando capas, el material resultante no abandona el mundo nano.
No obstante, es cierto que en el terreno biomédico se está avanzando mucho en las aplicaciones del grafeno:
- Sistemas que detectan las convulsiones en los enfermos de epilepsia antes que sean observables.
- Mejoras en la estimulación eléctrica de los circuitos neuronales en enfermos de Parkinson o en algunas cegueras.
- Investigaciones sobre interfaces dispositivos/cerebro que permitan la recuperación de funciones cerebrales perdidas.
- Aplicaciones del grafeno en la administración de fármacos.
- Aplicaciones del grafeno en equipos ultrasensibles de detección del cáncer.
Por supuesto todas estas investigaciones están sometidas a rigurosos controles por parte de entidades supranacionales y tienen que cumplir los rigurosos controles y requisitos que cumplen cualquier producto sanitario o cualquier fármaco. Mas allá de la protección de patentes y “Know How”, no existen investigaciones ultrasecretas que nos van a convertir en dependientes de unas tecnologías manejadas por oscuros intereses. Convivimos con la tecnología avanzada sin ningún problema, se usan láseres en medicina, RMN, Tomografías, etc.
El grafeno no es un material milagro pero no es un enemigo de la salud global.
Autor: #JoaquínFernándezRevuelta – Lic. en Farmacia (Universidad Complutense de Madrid)
