GRAFENO EL ELEMENTO DEL FUTURO

Descripción del Proyecto

1 Título: GRAFENO EL ELEMENTO DEL FUTURO

2 Problema: FALTA DE CONOCIMIENTOS ACERCA DEL GRAFENO YA QUE ES UN ELEMENTO RELATIVAMENTE NUEVO.

2.1 Contexto y caracterización del problema

2.2 Formulación del problema

3 Objetivos del proyecto

3.1 Objetivo general: Que los estudiantes de la facultad conozcan acerca del grafeno y sus diferentes aplicaciones.

3.2 Objetivos específicos: Aplicación de grafeno en las diferentes areas de la ciencia y sus usos dentro de la tecnología.

4 Justificación y delimitación de la Investigación: Con esta investigación se pretende dar a conocer a los alumnos de la facultad de sistemas pero en especial a los electrónicos las características generales del grafeno asi como sus usos, sus aplicaciones y los beneficios que se obtienen a partir de este elemento

5 Marco teórico

El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, cuyos átomos se presentan bajo la apariencia de una sola capa (naturaleza bidimensional) de un patrón regular hexagonal (apariencia de celosía similar a la de un panal de abejas), de gran ligereza (un metro cuadrado pesa 0,77 miligramos), flexibilidad (se puede enrollar una lámina del mismo alrededor de nuestra muñeca) y dureza (al menos cien veces más duro que el acero). Se presenta de forma casi transparente, si bien se puede lograr que sea opaco con el oportuno tratamiento permanente o la aplicación de corriente en un determinado momento (si interesa para la aplicación en cuestión). Es el material más fino conocido (en un milímetro de grafito tenemos tres millones de capas de grafeno); tiene propiedades de conductividad térmica (100 veces mejor que el cobre) y de electricidad (100 veces mayor que la del silicio), así como de resistencia (resiste el calor mejor que el diamante); consume menos electricidad que el silicio (para una misma tarea); se calienta menos al conducir los electrones y soporta la radiación ionizante.

Los métodos de obtención del grafeno son diversos (a partir del grafito natural que por ejemplo se encuentra en abundancia en las minas españolas o del grafito sintético) y pasan por procesos tan dispares como someter azúcar común a 800º ; Plasma ; Exfoliación líquida ; Scotch tape (cinta adhesiva para exfoliación mecánica que solo sirve a nivel experimental pero no a nivel industrial); Chemical Vapor Deposition (CVD o deposición química en fase vapor, ya que no utiliza grafito para producir grafeno en láminas sino gas metano) ;Oxidación de grafito y separación del grafeno por ultrasonidos (grafeno en polvo), etc. siendo los dos últimos procedimientos los de uso industrial que producen un grafeno, de mejor calidad -el obtenido en lámina por CVD-, y a un menor coste económico -el obtenido en polvo mediante ultrasonidos-,.

Igualmente se tiene conocimiento desde el año 2011 -por medio del telescopio espacial Spitzer de la NASA-, de que posiblemente existe grafeno en el espacio.

Entre todas las empresas que más han invertido económicamente y que se perfilan como referentes mundiales en cuanto a investigación en este sector, destaca la española GranphNanotech (del Grupo Antolín y con sede en Burgos), así como Graphenea Nanomaterials (con sede en San Sebastián) la cual a su vez despunta como una de las tres mayores empresas productoras mundiales de grafeno desde el verano de 2011 (siendo las otras dos de EEUU).

También habría que destacar que otra empresa española (aunque con un capital del 10% alemán), la alicantina Graphenano, pretende construir en Murcia, con una inversión de 200 millones de euros, una de las mayores plantas a nivel mundial de producción de grafeno, introduciendo en el mercado –según ellos- y a gran escala, un formato inexistente hasta ahora (láminas de hasta 50×50 cms) como parte de su oferta.

El precio de obtención del grafeno ha experimentado bajas tan significativas como las que se producían entre los años 2008 y 2009. Así si en 2008 un cm2 de grafeno costaba la escandalosa cifra de 80 millones de euros, en el año 2009 la misma medida pasó a costar tan solo 80 euros, por lo que evidentemente en la actualidad son varias las empresas las que lo venden incluso por toneladas (Segal M. “Selling graphene by the ton. 2009).

Hoy en día el precio del grafeno de baja calidad cuesta menos de diez euros el gramo, frente a los casi cien euros que cuesta el de alta calidad.

Por lo que se refiere a las aplicaciones reales y potenciales del grafeno tenemos entre otras:

Escaners: Treelogic (empresa con sede en Asturias) y sus socios de proyecto, trabajan en el desarrollo de un sistema de visualización de bocetos previos e imágenes ocultas bajo los lienzos (sin daño para estos), así como del contenido de vasijas y objetos tridimensionales cerrados. Es decir sin lugar a dudas se trata igualmente de una tecnología susceptible de ser aplicada al campo de la seguridad.

Músculos artificiales: Ingenieros de la Universidad de Duke (Escuela de Ingeniería Pratt- EEUU) han conseguido mediante la combinación de grafeno y polímeros la elaboración de músculos artificiales que se pueden contraer y expandir mediante la aplicación de corrientes eléctricas. Si bien su aplicación inicial mejorará la calidad de vida de muchos discapacitados, a nadie se le escapa la futura aplicación en el campo de la robótica de seguridad o en la fabricación de ligeros y resistentes exoesqueletos de uso policíal-militar. Así dichos exoesqueletos (que ya se construían con otros materiales) serán capaces de soportar cargas de peso superiores a las que aguantan los seres humanos sin contar con esta ayuda artificial.

Nano-sensores: Ya en el verano pasado se hizo público (revista Nature) por parte de un equipo de investigación español (Instituto de Química-Física Rocasolano de Madrid, Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona y NanoGune de San sebastián), que se había logrado confinar la luz a escala nanométrica en grafeno. De esta forma quedó demostrado que dicho material puede ser utilizado también para procesar información óptica y de detección ultra-sensible y que se puede crear un puente entre los campos de la nano-óptica y la nano-electrónica.

Se abría así una nueva vía de trabajo en diversas áreas como las células solares (se podría conseguir una eficiencia del 42% frente a la del 16% que actualmente se consigue con otros materiales), los sensores de luz o los biodetectores, todos ellos elementos de uso corriente en sistemas de seguridad.

Filtros desalinizadores de agua: El control del agua potable se ha considerado desde siempre un factor estratégico en el campo de la seguridad y la defensa y por ello se invierte tiempo y dinero en la investigación.

El método

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