LECTURAS INTERESANTES Nº 702
LIMA
PERU 10 JUNIO
2016
EL GRAFENO
EL SUPERMATERIAL DEL SIGLO XXI
Publicado en “DESDE ADENTRO” Revista de la Sociedad
Nacional de Minería Petróleo y Energía. Febrero 2016 pp.30, 31
Artículo elaborado por la Dirección Nacional de
Prospectiva y Estudios Estratégicos – Ceplan
La
multimillonaria inversión en la investigación sobre el grafeno, especialmente
en China, Corea, Reino Unido y EE. UU., demuestra el gran interés en su
comercialización y futuro ingreso al mercado internacional de metales.
El
grafeno fue descubierto en la Universidad de Manchester por dos científicos
rusos: Andre Geim y Konstantin Novoselov. Mientras investigaban cómo fabricar
un material muy delgado usando grafito, encontraron que empleando cinta
adhesiva era posible extraer pequeñas láminas de carbono y aislarlas hasta que
alcanzaran solo un átomo de espesor. Producto de sus investigaciones,
descubrieron que este nuevo material tenía características realmente
sorprendentes, de tal magnitud que pocos años después, en el año 2010, los dos
científicos recibieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento
(Larousserie, 2012).
Cuando
Geim y Novoselov presentaron este nuevo material al mundo en el año 2004,
revelaron muchos de sus sorprendentes atributos. Demostraron que podría
conducir mil veces más electricidad que el cobre y que tiene un "efecto de
campo", lo que significa que se puede utilizar para regular la conductividad,
característica básica de los semiconductores que ha hecho al silicio muy popular
en la fabricación de chips de computadoras.
Finalmente,
descubrieron que era muy fuerte, incluso más fuerte que el acero (Colapinto,
2014; Novoselov et ál., 2004). El grafeno es una lámina bidimensional hecha de
átomos de carbono (C) que forman una estructura hexagonal interconectada, con un átomo en cada vértice, manteniendo de esta forma el material
unido.
Además, el grafeno tiene la capacidad de
reemplazar diversos materiales, debido a sus sorprendentes características es
más fuerte que el acero, más flexible que el caucho, mejor conductor que el
cobre y mejor semiconductor que el silicio (por nombrar algunos). Entre las más
relevantes, este material tiene la posibilidad de reemplazar al cobre y a
otros minerales extraídos, siendo potencialmente disruptivo para una de las
industrias más grandes en el Perú: la minería.
Es muy temprano para afirmar que el grafeno
podría sustituir al cobre en un futuro; sin embargo, por sus propiedades, este
material puede representar un buen competidor.
Uno de los usos más comunes del cobre es como
material base en la producción de conductores de electricidad. Por otro lado,
el grafeno tiene cien veces la conductividad del cobre, es más elástico,
flexible y duro; por lo que los cables hechos en grafeno (de ser factible su
fabricación) tendrían mayor eficiencia en la conducción de la electricidad que
los hechos de cobre ("Graphene Interconnects", 2009).
Además de conducir electricidad, el 45% del
cobre comercial es usado para la fabricación de maquinaria industrial, partes
para automóviles y componentes electrónicos, que aprovechan tanto su
conductividad como su resistencia. El grafeno tiene la capacidad de reemplazar
también estos usos debido a que es más fuerte que el cobre ("La amenaza
del grafeno", 2013).
Asimismo, podría reemplazar al cobre al nivel
de las nanopartículas, por ejemplo, en la tecnología de identificación por
radiofrecuencia (RFID) que utiliza minúsculas partículas de cobre en pequeños
chips inalámbricos capaces de transmitir o recibir información específica del
objeto o persona que lo porta. Esta tecnología se utiliza comúnmente en las
tarjetas de crédito, pasaportes, chips de seguridad, etc. Considerando su
diversidad de usos, la RFID es una gran industria en donde el grafeno podría
desplazar al cobre fácilmente, si los costos de producción resultan
competitivos.
El nuevo material también podría reemplazar
otros tipos de nano materiales, especialmente minerales como el zinc, el oro y
la plata, utilizados en gran cantidad de productos, incluyendo medicamentos,
sensores y detectores, sistemas de purificación, pantallas táctiles y otros
productos de alta tecnología. El grafeno podría usarse como un nanomaterial
natural, más barato y de más fácil acceso.
Actualmente, ya reemplaza al óxido de indio
dopado con estaño, conocido como ITO, una nanopartícula hecha del zinc y usada
como un conductor en las pantallas, especialmente en pantallas táctiles.
También es un conductor transparente, pero incluso con cualidades más útiles
que el ITO, en particular por su capacidad de retención de luz (Gutarra, 2013.;
Manchester, 2015).
Por su dureza y ligereza también tiene
aplicaciones en materiales de construcción, sobre todo en aeronaves. Estas
cualidades, además de su flexibilidad, podrían tener grandes impactos en la
producción de materiales y ropa de defensa. Se podría usar como una membrana
para purificar o desalinizar líquidos, lo que sería trascendental en las
naciones en desarrollo y una alternativa de solución a la escasez de agua
dulce. Su capacidad como detector podría cambiar la tecnología de sensores; su
retención del calor implicaría que podría cambiar la tecnología de
iluminación.
Como el historiador Cyris Mody menciona en un
artículo del The New Yorker: "No se trata de tecnología de punta, sino de
aquel momento en que los vínculos entre un conjunto de tecnologías llegan a un
punto en el que es factible que cambien muchas prácticas" (Colapinto,
2014). Aunque técnicamente el grafeno podría reemplazar a muchos materiales, es
difícil predecir si es factible que pueda reemplazar los procesos y prácticas
de los cuales estos forman parte.
Aún existe mucho trabajo por hacer antes de que
se pueda producir grafeno de forma masiva, a bajo costo, y que sea ampliamente
utilizado en el merca do. Actualmente, uno de los principales
obstáculos es que los científicos no han sido capaces de producirlo en
grandes cantidades manteniendo todas sus características (Burn-Callander,
2014). Otro factor que reduce las posibilidades del uso y producción masiva de
este material es la incapacidad actual para separar sus átomos lo suficiente
como para generar una "brecha energética", es decir, la dificultad
de conmutar la conductividad, requisito para los semiconductores (Colapinto,
2014).
El silicio es un material popular por su uso
como semiconductor, ya que puede actuar como un interruptor para la
electricidad. Así, mientras que en teoría el nuevo material podría ser
revolucionario para la industria de semiconductores, hasta que el problema de
la brecha sea resuelto, este uso teórico no tendrá impacto práctico.
Finalmente, un punto importante por superar son los
cuestionamientos acerca de
la seguridad en el uso del grafeno. En un estudio de Brown University, se
reportó que si el grafeno ingresa al cuerpo humano, podría perforar las
membranas celulares, pudiendo entonces ingresar al interior de una célula e
interrumpir sus funciones.
El potencial de este llamado
"supermaterial" aún está por verse, deben tomarse en consideración
las propiedades y las ventajas de su uso, así como los mencionados obstáculos,
solo mediante mayor investigación se podrá tener mayor certeza sobre sus beneficios
y desventajas, y el posible posicionamiento que pueda tener en el mercado.
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