Nuestro futuro amigo el Grafeno

Hace poco, durante una de las entrevistas que estuve dando a la prensa, cierto me preguntó por que estaba tan seguro de que el ser humano llegaría a Marte en breve. Mi respuesta fue fulminante ‘por que ya hemos descubierto el grafeno’. Pero, ¿qué es el grafeno, y por que tiene tanta importancia para impresionar hasta el planeta rojo?. En sinceridad, no es que tenga importancia solo para impresionar a Marte, ya que este material puede ser, no ya fundamental en el futuro sino, incluso, la pulvínulo de una nueva revolución tecnológica. Aquí voy a charlar de algunas de las aplicaciones que ya se están publicando, de otras he audición charlar y son incluso más espectaculares que estas, pero no voy a ir en cabeza a sus descubridores, es su trabajo y merecen el inspección de publicarlo los primeros.

Pero, comencemos por el principio, ¿que es esto del grafeno, de donde viene?. El grafeno es, en pocas palabras, una plancha de átomos de carbono, y exclusivamente átomos de carbono (como el diamante o el carbono de las minas de los lápices), pero con una estructura muy específica en forma de red hexagonal ininterrumpída, y que tiene el volumen de un átomo, solo uno. ¿Puede darse de forma natural?, si, de hecho, seguro que hay láminas de grafeno en la mina de cualquier lapicero que tenga usted en casa, pero no se equivoque, que esas láminas estén ahí no significa que vaya a poder usted encontrarlas, aislarlas y sacarles provecho, ni usted ni nadie en estos momentos.

Estructura hexagonal del grafeno. (Imagen AlexanderAlUS via Wikipedia)

Este material tiene unas propiedades únicas y efectivamente fascinantes, en primer lado, es 200 veces más resistente que el arma blanca, flexible, casi transparente, y conduce muy correctamente tanto el calor como la electricidad, pero lo más interesante viene cuando hablamos de sus propiedades cuánticas. Por que, si, las propiedades macroscópicas del grafeno son increíbles, y ya por si solas van a permitir un avance espectacular en numerosos campos, pero es en el grafeno, como en ningún otro material hasta ahora, donde vamos a poder despuntar a sacar partido del mundo cuántico para nuestro día a día, en formas que, hasta ahora, solo éramos capaces de imaginar, y probablemente saldrán muchas cosas nuevas que aún ni siquiera hemos imaginado.

Voy a exponer algunos de los usos futuros que puede tener este material, ya sea por si solo o en aleación con otros compuestos, incluso sin incluir todo lo que hay, la índice es larga, por lo que, en aras de no alcanzar excesivamente el post, no podré ser efectivamente meticuloso en cada apartado.

1) MEDICINA:
Este es un aspecto en el que queda mucho por investigar, especialmente en cuanto a posibles pertenencias secundarios del grafeno en el cuerpo humano, y más concretamente en su relación con las paredes celulares, aún así, estos son algunos de los avances hasta el momento.

– Ingeniería de tejidos: para regeneración de tejido óseo en fracturas, o incluso para permitir guerrear contra enfermedades degenerativas de los huesos.
– Agente de contraste: podría sustituir a los actuales agentes utilizados en radiología, radiocontraste, ulttrasonidos y areas similares. Estas tecnologías son empleadas, por ejemplo, para ubicar tumores, pero el uso del grafeno evitaria los pertenencias negativos que el uso de los actuales marcadores, en común sustancias radioactivas o tóxicas, tiene sobre el cuerpo humano.
– Biosensores: permitiría introducir biosensores en la corriente sanguinea sin que estos fueran destruidos por el sistema inmune del paciente, ya que el grafeno no permite a los anticuerpos rodearlo, pero si permite que el sensor situado en su interior funcione a plena capacidad.
– Transporte de medicamentos exclusivamente a areas afectadas: correcto a sus propiedades cuánticas, el grafeno puede cambiar su estructura bajo un campo magnetico adecuado, esto podría permitir encapsular el medicamento, y que este no fuera libre hasta que no llegue a la zona donde se lo necesita.

2) ELECTRÓNICA:
Este es uno de los aspectos donde más se ha liberal, y aún así, donde aún queda más por hacer, vamos con algunos de los avances en este campo.

– Circuitos integrados y transistores: se han conseguido ya versiones funcionales tanto de circuitos integrados como de transistores, en uno y otro casos a escalas atómicas, con unas disipaciones de calor aceptables. Esto abre la puerta a microordenadores, y a nuevos dispositivos de memoria hasta 1000 veces más potentes que los actuales, más baratos y energéticamente más eficientes.
– Electrodos transparentes: ¿cuantas veces hemos manido en las películas esos guantes con los que se tocaban pantallas inexistentes, o las pantallas transparentes de ‘Alteración’?, pues exactamente eso es lo que nos podrían traer los electrodos de grafeno.
– Computación cuantica: si hay poco capaz de permitir un ordenador capaz de saltarse cualquier esencia cifrada del mundo, eso son las propiedades cuánticas del grafeno, mediante sus ‘puntos cuanticos’.
– Optoelectrónica: un simple sueño hasta hace al punto que unos meses, cuando el grafeno demostro que, con ayuda de sus propiedades cuánticas, se pueden alterar a voluntad varias propiedades de los fotones, sus aplicaciones pueden ser dignas de otra entrada en el blog.

3) ILUMINACIÓN:
Este es uno de los campos menos conocidos por el gran publico, aunque puede tener algunas aplicaciones interesantes.

– Bombillas: las primeras bombillas de grafeno están a punto de salir al mercado, un 10% más eficientes que los LED, más longevas y más ecológicas de producir, ¿quien da más?, pues aún se puede, por que una vez se comienzo a crear grafeno en mayores cantidades y de forma más trueque (poco en lo que se mejoramiento cada día) que en la presente, incluso serán más baratas.
– Modulador óptico: bajo las condiciones adecuadas, se puede programar el grafeno para que absorba luz, permitiendo fácilmente el control de la iluminación de una habitación, o la cantidad de luz que atraviesa una superficie de grafeno.
– Sensores lumínicos: especialmente indicado como sensor de luz infrarroja (lo que nosotros llamaríamos calor).

4) ENERGÍA:
Hasta ahora, el campo con mayores innovaciones ya funcionando, aquí solo voy a charlar del transporte y reproducción de energía, dejando para el ulterior apartado sus funciones para juntar energía.

– Biocombustibles y bebidas alcohólicas: si, queda un poco raro, lo se, pero gracias a las propiedades cuánticas de las membranas de óxido de grafeno, el proceso de destilación tanto del alcohol etílico, un biocombustible, como de numerosas bebidas alcohólicas, es mucho más válido y, sobre todo, más ganga.
– Placas solares flexibles: correcto a sus propiedades de anexión de luz, semiconductoras y de transporte de electrones, las aleaciones de grafeno se postulan como el futuro de la energía fotovoltaica. Aunque ya existen placas solares ‘imprimibles’ en láminas, el grafeno permitirá rebajar el proceso y eliminar los actuales problemas medioambientales que la producción y degradación de las actuales placas flexibles genera.
– Celulas de combustible: las nuevas membranas de grafeno están consiguiendo lo que empezaba a parecer inútil, crear células de combustible de hidrogeno eficientes y que duren lo suficiente como para merecer la pena el fabricarlas en serie.

5) ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA:
Otro de los pilares en la tecnología del grafeno hasta la término.

– Supercapacitores: o más correctamente, superbaterías. Muchos estamos acostumbrados a las baterías de coches, esos pesados armatostes imprescindibles para el buen funcionamiento de nuestros coches, y ya no quiero proponer si el coche es eléctrico. Bueno, pues ahora imaginaos esas baterías, pero con un cuarto de su peso y bulto, pues por ahí van los tiros.
– Recarga de baterías: este es uno de los campos más avanzados actualmente, y el que va a permitir que la industria del automóvil eléctrico salga del granito y comienzo a ser competitiva. Por que, vamos a ser sinceros, la clan no adquisición coches eléctricos no por que sean más caros, o más feos, no, no los adquisición por que para recargarles las baterías necesitan estar 8 horas sin poder usarlo mientras lo tienen recomendado a una red. Bueno, pues eso se acabo con el grafeno, cada día se avanza más en este aspecto, pero los últimos datos que tengo dicen que ya se ha conseguido recargar las baterías de un coche eléctrico en ¡¡menos de 4 minutos!!, actualmente ya casi se tarda más en satisfacer el deposito de gasolina.
– Almacenamiento de hidrogeno: antaño he hablado de las células de combustible de hidrógeno, ese hidrógeno debe ser almacenado, y eso no era mínimo facil hasta que, exacto, llegó el grafeno. Esta tecnología está en pleno avance actualmente, pero los primeros resultados ya han permitido la creación de un deposito de hidrogeno casi sin perdidas y con poca corrosión interna.

6) MEDIO AMBIENTE:
Otro apartado donde se avanza a grandes pasos, de momento solo se han agresivo dos aplicaciones, pero os aseguro que hay más en estudio.

– Purificación de agua: antaño comentaba sobre la destilación de Etano y otros alcoholes, bueno, pues el mismo proceso que permite esa destilación, incluso permite el filtrado, desalación y purificación de todo tipo de aguas mediante membranas de grafeno, no solo eso sino que, especialmente hablando de desalinización de agua, mejoramiento los actuales procesos por un amplio ganancia.
– Descontaminación: aún no se ha probado con vertidos de petróleo, pero ciertos óxidos de grafeno ya han demostrado ser hasta 60 veces más efectivos a la hora de escobillar aguas radioactivas que otros compuestos. Compuestos que, encima, son más contaminantes tanto en su fabricación como en su posterior almacenamiento, de hecho, hace poco se comenzaron a tratar las aguas de la central japonesa de Fukushima con oxidos de Grafeno fabricados en España, con buenos resultados.

7) INDUSTRIA ESPACIAL:
Este es un apartado en el que, de momento, solo puedo dar una mejoramiento que se haya publicado pero, al igual que para el medio círculo, hay mucho, mucho más en dilación, y es parte de lo que ayudará a que el ser humano llegue a Marte.

– Escudos térmicos: muchos recordamos el montaña del Columbia, y como esas placas de cerámica que se desprendieron fueron las causantes de uno de los peores accidentes de la exploración espacial. Bueno, con un compuesto de grafeno, este montaña nunca hubiera podido ocurrir, ya que toda la panza del transbordador hubiera sido fabricada en una sola estancia, 50 veces más resistente que las placas de cerámica y con un 10% del peso de todo el escudo hecho de cerámica.
– Escudos contra la radiación: esta investigación al punto que acaba de comenzar, pero la propia US Navy ha entrado de repleto en pesquisa de escudos electromagnéticos que permitan proteger sus satélites de las tormentas solares, nuevos escudos antirradiación para sus buques y plantas nucleares y nuevas estructuras de protección mucho más duras y, aunque de momento la longevo parte de estas aplicaciones se buscan con fines militares, será la industría aeroespacial la que efectivamente será capoaz de utilizarlos de una forma mucho más productiva para toda la humanidad.
– Al igual que con los escudos térmicos, numerosas piezas aeroespaciales que actualmente se fabrican en arma blanca, pesado y caro, podrán ser fabricadas con grafeno, pronto y más ganga. En una industria donde los costes son absolutamente demenciales, y cada kilo de peso a elevar (o a descender sobre una superficie) cuenta, el grafeno puede permitir estrechar costes y mejorar tanto la seguridad como la carga útil de cualquier tipo de artefacto espacial.

8) OTRAS APLICACIONES:
Pues no, aún no hemos terminado, pero no os preocupeis, ya queda poco, ahora voy a señalar otras aplicaciones del grafeno que pueden considerarse un poco más ‘exóticas’, por decirlo de algún modo.

– Plasmónica: ¿no sabeis que es la plasmónica?, bueno, explicar eso necesitaría de una entrada de blog por si misma, así que permitidme resumirlo en que, como aplicaciónes, serviría para hacer sensores para diversas longitudes de ondas fuera del infrarrojo, y para crear antenas de tamaño nanoscópico (al punto que unos pocos átomos de largo.) con mejor admisión de Wifi que cualquier antena común de hoy día, y muchas cosas más.
– Grasa: este seguro que no os lo esperabais, pues si, al igual que el carbono, el grafeno puede servir como grasa, siendo capaz de durar hasta 6 veces más tiempo que un grasa de carbono convencional.
– Filtración de ondas de radiodifusión: una mezcla entre grafeno y cuarzo permite ocurrir las ondas de luz, pero no las de radiodifusión, ideal para laboratorios, ciertos aparatos experimentales y edificios que requieran de altas dosis de seguridad (o de tranquilidad) radioeléctrica.
– Aparatos de sonido: se cree que los altavoces y micrófonos hechos con grafeno, serán capaces de exceder cualquier cosa fabricada hasta la término.
– Refrigerante: no por si solo, pero si se ha demostrado que puede mejorar la fuerza de diversos compuestos refrigerantes hasta en un 80%. ¿os imagináis ‘Alien’ si en lado de dos docenas de botellas de refrigerante, les hubiera bastado con coger solo un par de ellas?.
– Catalizador: este es un aspecto que aún está asaz en pañales, pero los primeros estudios demuestran que incluir pequeños fragmentos de grafeno parecen acelerar numerosas reacciones químicas.
– Chalecos antibalas: aún no hay nadie en el mercado, pero ya se están emepezando a diseñar prototipos hechos de este material, mucho más ligeros y, de nuevo, con mejores prestaciones de protección que el kevlar.

Para terminar, os voy a comentar algunas curiosidades y a desmentir una información que se dió hace algún tiempo sobre el grafeno:

La primera curiosidad es que el grafeno es capaz de autorrepararse en pequeña escalera, esto es, si, por cualquier montaña, la red cristalina se rompiera, el remanente es capaz de utilizar cualquier fuente que contenga átomos de carbono (carbono, dioxido o monóxido de carbono, hidrocarburos…) que se le ponga cerca, capturar esos átomos de carbono y añadirlos a la red, colocándolos exactamente en la geometría correcta.

La segunda curiosidad es que, por una vez, España está a la persona de poco, ya que la fabrica de grafeno con longevo producción industrial del mundo está aquí, en España, en la comunidad de Murcia, para ser más exactos.

Por final, quizá recordareis favor leido hace unas semanas sobre la posibilidad de usar el grafeno para crear ‘velas solares’ que impulsen naves espaciales. Lamentablemente, debo desmentir tal información. Básicamente, lo que produce el movimiento no es el choque de los fotones contra la superficie del grafeno como en una vela solar, sino la expulsión de los electrones del grafeno, a modo de combustible, por consiguiente el grafeno solo sería útil para impulsar una nave durante un breve periodo de tiempo, antaño de que sus electrones se agoten y se le ‘acabe’ el combustible.

Y hasta aquí con el grafeno, otro día más con otro tema.

Un saludonull

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