El grafeno es un material que consta estrictamente de una capa de carbono. Es decir, forma una superficie de 2 dimensiones, ya que sólo posee un átomo de espesor. Esta capa tiene una estructura hexagonal similar al grafito. Su hallazgo en 2004 les valió un premio Nobel a Novoselov y Geim, dos científicos rusos que investigan en la Universidad de Manchester, en 2010.
Este nuevo material tiene propiedades que le hacen sumamente interesante, como por ejemplo su extrema dureza, que se combina con una gran flexibilidad y elasticidad. También es muy ligero, muy buen conductor (tanto de electricidad como de calor) y es capaz de generar electricidad a partir de la luz que recibe.
La pregunta es si estamos en presencia de un “nuevo” material.
“El grafeno es un material que, en principio, existe hace cientos de años. Habita dentro del grafito y éste está en las piedras, que es desde donde se extrae el material para hacer las minas de los lápices”, expresa, a requisitoria del El Ciudadano, Ariel Dobry, investigador e integrante del Instituto de Física Rosario (Ifir).
El grafito está constituido por una serie de capas de carbono. Hay que “descaparlos”. Cada capa está unida a las otras por fuerzas muy débiles. Dobry explica: “El grafeno es una sola capa de grafito. O, lo que es lo mismo, el grafito es la superposición de muchas capas de grafeno”.
Y añade: “Si bien no es nuevo, al poder lograr aislarlo la ciencia se encontró frente a un nuevo material, con propiedades novedosas”.
Durante mucho tiempo, muchos investigadores imaginaron que podía haber una capa sola pero se carecía de instrumentos como para probar esta hipótesis. “El espesor de una capa es hasta imposible de imaginar, lo que dificulta hacerla evidente experimentalmente; para lo cual había que implementar técnicas muy elaboradas”, argumenta Dobry.
Además se pensaba que podría no ser estable. Aquel paradigma estaba sustentado por una teoría que sostenía que un plano atómico se disgrega. Todos los experimentos que se iban haciendo, llegado a un punto se desintegraba. “Y quedó establecido que una capa sola de grafito no podía aislarse. Y, a partir de este axioma, se abandonó la búsqueda”, rememora Dobry
—¿Por qué se acercan ustedes al grafeno?
—Si bien soy físico de materiales, tengo una gran orientación hacia la física teórica. Vimos al grafeno con una serie de propiedades, a la vez prometedoras como tentadoras, para hacer modelos. Es que el grafeno permite múltiples tipos de estudios porque cambia sus propiedades electrónicas; está conectado con los temas fundamentales de la física, por ejemplo cómo conducen los electrones, los que se comportan de forma diferente al resto de los materiales. Como fui invitado a dar una charla a un congreso argentino sobre grafeno, entusiasmé a un colega físico, más experimentador que teórico, que ocupa uno de los laboratorios de nuestro instituto, y le propuse hacer grafeno en Rosario. Empezamos. A partir de cilindros de grafito que disponía en su laboratorio, lo pusimos en cámaras para fundir grafito, y lo impactamos con un cañón electrónico. Al gas obtenido lo fuimos depositando en distintas superficies para poder observarlo. Por ahora obtuvimos unas películas de carbono que probablemente en el medio tengan grafeno, aunque no grafeno puro. Pero le hemos encontrado propiedades llamativas y útiles: es sensible a la humedad, que al cambiar a humedad ambiente cambia la resistencia. Estamos trabajando en eso y creemos que es la posibilidad de ir abriendo una veta que, si bien no era lo que buscábamos al principio, nos podemos encontrar con un material que podremos fabricar nosotros, estudiar bien sus propiedades y eventualmente llegar a algunas aplicaciones, razón por la cual incorporamos a un ingeniero.
—¿Qué le deja su acercamiento al grafeno?
—En este momento de mi carrera, el grafeno se me aparece como un emergente que me brinda nuevas posibilidades y me motiva a interactuar con otros aspectos de la investigación científica, me permite entablar contacto con gente que hace experimentos con personas de otras áreas de las ciencias probablemente en el futuro con empresarios. Y me permite incursionar en otros formatos de pensamientos a los transcurridos hasta hoy dentro de la investigación académica. Me introduce en un aprendizaje global con interacción con personas de formaciones diversas.
—¿Es como si la investigación hubiera adquirido para usted un nuevo sentido?
—Probablemente, sea así.
Una propiedad a destacar del grafeno es lo que se denomina “memoria de forma”, esta propiedad se basa en la posibilidad de recuperar su forma después de una deformación del material por un estímulo externo, es decir, el material “recuerda” su forma original. Para que se produzca dicho efecto, el material necesita un estímulo físico externo, el que generalmente suele ser térmico.
* Fuentes: Ana Alonso, investigadora y doctora en física por la Universidad Complutense de Madrid.
** Referencia bibliográfica: Zhenyue Chang, Junkai Deng, Ganaka G. Chandrakumara, Wenyi Yan and Jefferson Zhe Liu, Two-dimensional shape memory graphene oxide. Nature Communications (2016).
Dos científicos curiosos y atrevidos formados en Rusia
Andre Geim, y su discípulo, Konstantin Novoselov; ambos de nacionalidad rusa, trabajando en 2004 en la Universidad de Manchester contradijeron a muchos científicos que sostenían que habían encontrado un método, en principio simple, por microscopía, que les permitió detectarlo. Este hallazgo los condujo a la obtención del premio Nobel de física de 2010.
La historia de cómo lo hicieron dice que, un viernes, luego de la jornada de trabajo, se quedaron en el laboratorio convencidos de que podrían aislar una capa de grafito. Con una cinta scotch y unas muestras de grafito bastante puro, empezaron a sacar capas de grafito mientras iban depositando el resultado en un vidrio con un espesor muy controlado. Ambos científicos pudieron comprobar que en medio de esa jungla compuesta por las capas de grafito, en medio de ellas, había un solo plano al que pudieron identificar, ya que tenía un color diferente. Una vez logrado este paso, lo aislaron y comenzaron a medir sus propiedades, entre las cuales se destacaban propiedades eléctricas, con muy buena conductividad eléctrica y térmica, al tiempo que el “nuevo material” se mostraba transparente y flexible.
Ambos científicos advirtieron que el grafeno tenía un tipo de conducción bastante raro. Todo lo cual representaba un verdadero desafío, ya que le planteaba a la comunidad científica la posibilidad de generar un modo nuevo de pensar.
Sin percatarse, tal vez, que estaban en presencia de lo que podría llegar a ser un nuevo paradigma.
Es oportuno señalar que el grafeno es uno de proyectos insignia en la Comunidad Europea con una inversión total de 485 millones de euros. Para que desarrollen sus investigaciones, el ERC (sigla en inglés del Consejo Europeo de Investigaciones) financiará a 325 investigadores de 23 países, que recibirán una ayuda media de 1,5 millón de euros para 5 años, lo que supone el total antes mencionado.
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