El «milagro» del grafeno - Ciencia y Técnica

El «milagro» del grafeno

La comunidad científica internacional continúa con la mirada puesta sobre este material, considerado el más fuerte y a la vez ligero, flexible y con mayor conductividad de la Naturaleza

Autor:

Patricia Cáceres

Una lámina de carbono de un solo átomo de grosor, más conocida como grafeno, está llamada a revolucionar el siglo XXI. Dotado de propiedades inéditas hasta ahora en la Naturaleza, es uno de los materiales más ligeros, fuertes y que mejor conducen la electricidad de los que se conocen.

Se dice que es tan resistente que un gato podría balancearse sobre una hamaca hecha con esta sustancia, que pesaría menos que uno de sus bigotes y que sería prácticamente invisible, como explicó la Academia de Ciencias sueca cuando premió con el Nobel de Física 2010 a los investigadores Andre Geim y Konstantin Novoselov, por su descubrimiento en el año 2003.

Pero no es solo su resistencia lo que ha llamado la atención de científicos de todo el mundo. Al parecer con este material se podría conseguir que los tratamientos radiológicos del cáncer sean menos agresivos para los pacientes, mediante un sistema que permita eliminar células dañadas de forma selectiva.

Aunque se trata de un área de investigación todavía incipiente, en el campo de la Física Médica se está intentando desarrollar un método basado en inyectar al paciente partículas de grafeno modificadas químicamente para que se adhieran a las células cancerosas.

Así lo dio a conocer hace unos días Pablo Jarillo, investigador del Departamento de Física del Massachusetts Institute of Technology del Estados Unidos, durante la XXXIV Reunión Bienal de la Real Sociedad Española de Física.

Aprovechando la propiedad que tiene este material para absorber la luz infrarroja, las irradiaciones con las que se trata el tumor actuarían directamente sobre las células dañadas, sin afectar al resto del cuerpo, afirmó el especialista.

No obstante, al menos en el campo de la Medicina parece que aún queda un largo trecho antes de que el grafeno tenga alguna aplicación concreta. Según una investigación, publicada en la revista especializada Proceedings of the National Academy of Sciences, de Estados Unidos, el material es tan fino que puede cortar directamente las células si entra en el cuerpo humano.

Un equipo de científicos de la Universidad Brown descubrió que los bordes dentados del grafeno pueden fácilmente perforar las membranas celulares, permitiendo que entren en la célula y alteren su función normal.

Para probarlo de forma experimental, los investigadores colocaron un pulmón humano, piel y células inmunes junto con microhojas de esta sustancia. Después de ver las interacciones con un microscopio electrónico, comprobaron perforaciones en las células.

Imperfecto, pero el más duro

La estructura del grafeno se describió hace más de 80 años, pero no fue aislado hasta 2003 por Andre Geim y Konstantin Novoselov, quienes lo extrajeron de un trozo de grafito (el mismo que se encuentra en cualquier lápiz ordinario). Está formado por una capa atómica de carbono de apenas un átomo de espesor en forma de celdas hexagonales, que recuerdan a una colmena.

Se considera uno de los materiales más ligeros, flexibles y con mayor conductividad, que está llamado a revolucionar el futuro, como lo hizo en su momento el plástico. Además, recientemente científicos de la Universidad de Columbia han confirmado algo que ya sospechaban. El grafeno, también, es el material más fuerte que existe, incluso aunque contenga defectos.

En un artículo publicado en la revista Science, los especialistas explican que la capa atómica de carbono es perfecta en áreas pequeñas, pero su uso práctico requiere de superficies con mayores dimensiones, por ejemplo, para crear hojas del tamaño de una pantalla de televisión.

Esto —afirman— requiere uniones que contienen muchos pequeños granos cristalinos, lo cual podría debilitar el material y hacer que se rompa con más facilidad. No obstante, los experimentos demostraron que incluso con esas imperfecciones el grafeno es fortísimo.

El equipo de ingeniería de Columbia ya había publicado en la revista Science en 2008 que el grafeno perfecto era el material más fuerte jamás medido (200 veces más resistente que el acero y más duro que el diamante).

«Se necesitaría un elefante en equilibrio sobre un lápiz para romper una hoja del espesor del papel», decía en aquel entonces James Hone, profesor de Ingeniería Mecánica y responsable del estudio. Ahora hemos comprobado que el grafeno imperfecto es igual de resistente, afirmó.

«Este es un resultado interesante para el futuro, ya que proporciona la evidencia experimental de que la fuerza excepcional que posee en la escala atómica puede persistir en muestras más grandes. Esta fuerza será de gran valor para que los científicos continúen desarrollando nuevos productos electrónicos flexibles y materiales compuestos ultrafuertes», precisó.

Futuro de las sociedades tecnológicas

El grafeno se utiliza actualmente para cuestiones «menores» como la fabricación de material deportivo, pero las aplicaciones verdaderamente extraordinarias llegarán a largo plazo, según el investigador Jarillo, del Massachusetts Institute of Technology.

«Me parece razonable plantear un plazo de 30 años para que la investigación básica se lleve al plano industrial o comercial», pronosticó.

Sobre esta sustancia descansa una buena parte del futuro de las sociedades tecnológicas. Los expertos aseguran que se podrá utilizar en una amplia variedad de aplicaciones como pantallas de televisión flexibles, capaces de enrollarse como un póster, baterías más eficientes o materiales compuestos ultrafuertes que podrían reemplazar a la fibra de carbono.

Incluso se especula sobre la creación de un ascensor espacial que podría conectar un satélite en órbita a la Tierra mediante un cable largo construido con este material.

Uno de sus descubridores, Konstantin Novoselov, dijo en un artículo publicado en la revista Nature que el grafeno va a cambiar por completo nuestras vidas.

Por ejemplo —anunció— tiene el potencial suficiente para revolucionar nuevamente la industria de la telefonía móvil, las telecomunicaciones y la fabricación de chips.

Uno de los cambios más inmediatos será el de las pantallas táctiles, tan de moda en tablets y smartphones durante los últimos años. Todo gracias a que posee una extraordinaria flexibilidad mecánica y una resistencia química sin igual, muy superior a la de los materiales que se usan en la actualidad, vaticinó en su artículo.

Según el autor, las primeras pantallas táctiles de grafeno verán la luz en un plazo que va de los tres a los cinco años. Pero ese será solo el primer paso, puesto que  abrirá toda una nueva era de «dispositivos flexibles», comparable a la que supuso el paso de las lámparas a los transistores, o de estos a los circuitos electrónicos.

En algo más de una década, los dispositivos electrónicos ya no serán rígidos, como sucede con los actuales, sino elásticos, lo cual les permitirá cambiar de forma y  funciones según las necesidades de cada momento, pronosticó Novoselov.

«Por ejemplo, el teléfono móvil del futuro cercano podría ser una especie de lámina de plástico transparente, flexible y desplegable, de forma que podamos, a voluntad, llevarla en el bolsillo o desplegarla varias veces hasta que tenga el tamaño estándar de la pantalla de un ordenador.

«Cada usuario elegirá si quiere utilizar su dispositivo para hablar por teléfono, para ver una película, para trabajar o para compartir documentos con sus contactos», dijo.

Sin embargo —advirtió— la capacidad de predecir las fechas de llegada de las diferentes aplicaciones tiene sus límites, y depende, entre otras razones, de la calidad del grafeno que sería necesaria para convertirlas en realidad.

La razón es que los procedimientos para obtener grafeno son muy complejos. Y se complican más cuanto mayores sean las exigencias de calidad para el nuevo material, subrayó.

Los investigadores estiman que el desarrollo de redes de comunicaciones inalámbricas ultraveloces, o de dispositivos ultraprecisos de diagnóstico médico por imagen, podrían no estar disponibles hasta finales de la década de los 20. Para obtener nuevos fármacos contra el cáncer habría que esperar hasta 2030, aproximadamente.

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