Grafeno: sueño o realidad de la nanotecnología
Entre las múltiples aplicaciones del grafito sabemos que es un buen material para la elaboración de ladrillos, crisoles, etc. Se utiliza en la fabricación de diversas piezas en ingeniería, como pistones, juntas, arandelas, rodamientos, etc.; es un buen conductor de la electricidad y se usa para fabricar electrodos de baterías (Figura 3) así como en otras aplicaciones eléctricas; se emplea en reactores nucleares, como moderadores y reflectores. El grafito mezclado con una pasta cerámica sirve para fabricar lápices (Figura 4) y es usado para crear discos de grafito parecidos a los discos de vinilo salvo por su mayor resistencia a movimientos bruscos de las agujas lectoras.
Sin embargo, una parte ha resultado ser mejor que el todo: El grafeno (Figura 5), como elemento estructural componente del grafito es el material más conductor y resistente que existe en la actualidad, y estas características lo hacen un futuro sustituto del silicio en la fabricación de chips en la electrónica integrada.
Podría pensarse que el reciente y creciente interés por el grafeno se debe a que es un nuevo material. Sin embargo la realidad es otra y bien distinta. El grafeno ha sido conocido y fue descrito hace más de 60 años. El enlace químico de átomos de carbono y su estructura se describieron durante la década de 1930, mientras que su estructura de bandas electrónica fue calculada por primera vez por P. R. Wallace en 1947. La palabra grafeno fue oficialmente adoptada en el ámbito de la física de materiales y en la química en 1994, después de haber sido usada indistintamente como monocapa de grafito en el campo de la ciencia de superficies.
Entre las propiedades más destacadas del grafeno podemos destacar las siguientes:
- Posee una alta conductividad térmica e igualmente una altísima conductividad eléctrica.
- Posee una alta elasticidad, una gran dureza y una resistencia mecánica 200 veces mayor que el acero.
- Desde el punto de vista químico, el grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades. Esto hace al grafeno un material de gran potencial de desarrollo industrial.
- Soporta cualquier tipo de radiación ionizante, lo que también aumenta su potencial industrial.
- Es tan ligero como la fibra de carbono, pero la mejora en flexibilidad.
Desde el punto de vista teórico, existen dos propiedades muy interesantes relacionadas con este material:
Cuando estudiamos el proceso de conducción electrónico en el grafeno, los electrones se comportan como cuasi partículas, en este caso como partículas cargadas eléctricamente pero sin masa. Los electrones que se trasladan sobre el grafeno, se comportan como cuasi partículas sin masa. Estas cuasi partículas, conocidas como fermiones de Dirac, juegan un papel muy importante en la Teoría Cuántica Relativista. Estos fermiones de Dirac se mueven a una velocidad constante independientemente de su energía (como ocurre con los fotones), y en este caso a unos 106 m/s. La importancia del grafeno, en este aspecto, consiste en estudiar experimentalmente este comportamiento que había sido predicho teóricamente hace más de 50 años.
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