Grafeno, el material del futuro

El grafeno destrona al silicio en la carrera global de la tecnología de punta. Es que entre los minerales que cambiarán para siempre la historia de la humanidad también existe una cierta  "guerra de egos".

Hay que reunir propiedades verdaderamente revolucionarias y diferenciadoras para desplazar el estrellato -hasta ahora indiscutido- del silicio, que para reforzar su signo de época dio origen al nombre de la meca cibernética de nuestro tiempo: Silicon Valley, el valle del Silicio.

Y el grafeno lo logró. El grafeno es un nuevo material derivado del grafito e impulsa una revolución industrial en virtud de sus propiedades únicas: es impermeable, traslúcido, maleable, más resistente y por ahora más caro que el diamante y el mejor conductor de electricidad hasta ahora conocido. Y esta verdadera revolución científica que impactará de lleno en nuestra vida cotidiana ocurre como las cosas importantes, en voz baja y sin estridencias.

El futuro ya llegó

Para muchos el futuro ya llegó y se llama grafeno. La Unión Europea (UE)  fue la primera comunidad internacional que levantó la bandera de la investigación del grafeno e instó al mundo a invertir en este material.  Y para esto la UE confeccionó el proyecto conocido como Graphene Flagship (bandera del grafeno) donde se propone invertir 1,4 billones de dólares en investigaciones por 10 años.

Asia y Estados Unidos entraron con cierto atraso a la investigación de este revolucionario descubrimiento científico-tecnológico. Más atrasados que Europa, al menos. Y ahora se apuran para no perder el tren de este mineral revolucionario.

Pesa y mucho, el hecho de que  Inglaterra y más precisamente la Universidad de Manchester sea la cuna donde estudiaron los científicos Andre Geim y Konstantin Novoselov, descubridores del grafeno y ganadores por este avance del Premio Nobel de Física 2010.

Manchester promete formar el grupo más avanzado de investigación sobre grafeno invirtiendo 100 millones de dólares.

En 2010 se inauguró con una inversión de 30 millones de dólares el Centro de Singapur, el primer centro de investigación localizado en Asia, en el marco de la Universidad que lleva el mismo nombre, que estudia dedicadamente el grafeno.

También en España, ya existen algunas empresas que han comenzado a producir a pequeña escala este innovador material, como por ejemplo la empresa donostiarra Graphenea, la cual está trabajando para disponer lo antes posible de una línea industrial de producción de grafeno.

El Nobel de Física de 2010 fue para Andre Geim y Konstantin Novoselov, pero bien se puede decir que se concedió al grafeno. En 2004, Geim y Novoselov le dijeron al mundo a través de la prestigiosa revista Science: "Descubrimos partículas de grafito monocristalinos, con pocos átomos de espesura, pero estables en condiciones ambientes y de notable alta calidad".

Tres años después de ese descubrimiento en 2007,  y luego de minuciosos estudios de laboratorio la dupla escribió un texto más ambicioso y profundo sobre los alcances del material y allí decretaban: la carrera por el grafeno ya comenzó.

Luego Novoselov y Geim fundaron Graphene Industries, y de allí en más ellos tuvieron la certeza que de alguna manera tenían el futuro en sus manos.

En Sudamérica,  Brasil bien parado

Brasil está  bien parado con sus investigaciones y podrá competir  en la posibilidad de crear una industria propia de grafeno.

En Brasil existe el MackGrafe, el primer centro de estudios de grafeno del país en la Universidad de Mackenzie, San Pablo, con una inversión de 15 millones de dólares.

En el MackGrafe se está estudiando cómo el grafeno puede ser usado en sistemas de fibra óptica, lo que permitiría que los cables de tráfico redunden en una internet cien veces más rápida.

Cuestión de tiempo

El grafeno es un ejemplo de cómo la ciencia busca alternativas, y no siempre depende de que surjan de la naturaleza para garantizar el avance tecnológico de la humanidad .

Antes del siglo XIX el acero era un material carísimo de precio equivalente al de las joyas.

La purificación del hierro era obtenida por medio de procesos químicos, y aunque difíciles de ser realizados, la industria en general prefería el hierro puro en las manufacturas.

En 1856 el ingeniero inglés Henry Bessemer inventó un proceso de oxidación de toneladas de hierro en barra para obtener acero, lo que llevó a la reducción de su precio en un 90%.

A partir de allí, el acero, que como el grafeno no es un material que se encontraba "suelto" en el ambiente, se convirtió en la materia prima esencial en la construcción de autos, barcos, armas, entre muchos otros usos esenciales.

Hoy es complicado el proceso de extracción del grafeno, haciendo del mismo una piedra preciosa cuyo gramo cuesta U$S 100 dólares, el doble del precio del oro. Y esto ocurre porque acaba de ser descubierto;  los avances en las investigaciones permitirán pronto que se  transforme en un producto más común y barato.

Grafeno: sus propiedades revolucionarias

El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal similar al grafito, pero en una hoja de un átomo de espesor. Es muy liviano: una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan sólo 0,77 miligramos.

Es 40 veces más fuerte  que el acero, traslúcido y flexible. Más resistente que todo lo conocido hasta ahora y el mejor conductor eléctrico. Es el único material conocido que puede combinar todas esas características simultáneamente.

Sus propiedades llamaron la atención de la industria. La gama de productos que pueden beneficiarse con el grafeno es vasta: aviones y autos más leves y económicos; pilas con la posibilidad de ser recargadas en 5 segundos y smartphones y tablets ultrafinos,  transparentes, flexibles y resistentes a choques y caídas.

Su resistencia al flujo de electricidad es casi cero:  es un conductor eléctrico 1000 veces más eficiente que el cobre y 100 veces mejor que el silício.

Ideal para cables de internet, donde se podrán almacenar on line 500.000 músicas en un segundo;  para construir filtros capaces de eliminar cualquier impureza - incluyendo la sal- de líquidos o que podría por ejemplo transformar un mar en una reserva de agua potable.

Es ultraliviano: un bloque compuesto por grafeno de 16 milímetros cúbicos pesa apenas 2,5 miligramos.

Una botella de grafeno a diferencia de una de plástico es impermeable contra gases como helio y oxígeno. En muchos casos como el de la leche triplicaría los plazos del vencimiento.

Se tardan 30 minutos para conseguir pocos gramos del material. Y 150 gramos de grafeno puro con una espesura equivalente a 1 millonésimo de espesor cuesta 15.000 dólares.

Novak Djokovic, precursor

Si hay algo que le faltaba al serbio  Djokovic para reafirmar su liderazgo como número 1 del mundo en el tenis actual es usar una raqueta hecha totalmente en grafeno. Y hacer propanganda con eso. Un contrapunto entre un encordado muy liviano, la parte del encordado, y más pesado el mango.

Lo más tangible e inmediato que notaremos del grafeno es que resolverá los problemas para alcanzar la llamada conectividad total: que no puedes cargar todo el día con la PC, que tu teléfono tiene la pantalla demasiado pequeña y que la velocidad del procesador no siempre tiene la rapidez que quisieras (sobre todo en las conexiones 3G).

"Ya que el grafeno está formado por una única capa de espesor, los transistores son muy sensibles a cualquier molécula que se deposite en su superficie. Por eso, es un material idóneo para fabricar sensores químicos y biológicos, de ADN, por ejemplo".

Otra fuente de alegría va a estar en su capacidad de multiplicar la señal que sea: para entendernos, que cualquier conexión, inalámbrica o no, llegue con toda su potencia a los dispositivos que reciban datos de ella, porque tendrán una especie de "repetidor". Algunos de estos inventos combinarán la "sensibilidad" del grafeno con la "habilidad" del silicio.

El silicio lleva 40 años de ventaja en cuanto a industrialización e investigación; así que puede ser un buen complemento del grafeno, más que un competidor.

Lo curioso es que este nuevo material está por casi todas partes, pero "empaquetado" de un modo en que no se comporta de forma tan espectacular: teníamos carbón (carbono con estructura amorfa), diamantes (estructura cristalina) y grafito (una forma que agrupa láminas de átomos). Pero no teníamos grafeno. Hasta que, en 2004, Andre Geim y Kostya Novoselov, de la Universidad de Manchester (Reino Unido), separaron una sola de esas láminas del modo menos científico jamás visto. Por eso, no es de extrañar que hayan recibido el Nobel de Física 2010.

Las empresas también

Para extraer grafeno es preciso utilizar procesos químicos. Su descubrimiento tiene que ver con la  herencia de una tradición de la física y de la química de remover la estructura de sustancias naturales en busca de nuevos elementos: por ejemplo el acero que se extrae del hierro. El grafeno fue el primer material 2D en ser aislado en un laboratorio.

Empresas como IBM y Nokia ya estudian la creación de tablets con materiales resistentes y pantallas traslúcidas; ademas de computadoras de mesa 100 veces más rápidas construidas con chips realizados con circuitos de  grafeno.