¿Qué es el grafeno y para qué se utiliza?

El grafeno es hoy uno de los materiales más valiosos que existen, por su increíble utilidad y su dificultad para producirlo. Por tal motivo, su valor puede llegar a alcanzar los 200 mil dólares la tonelada.

Si quisieramos explicar qué es el grafeno, podríamos comenzar señalando que el grafeno es un material increíblemente resistente y puede utilizarse para un sinfín de usos industriales. En cuanto a su composición, el grafeno está formado por una única capa de átomos de carbono que, unidos mediante seis enlaces químicos, crean una trama similar al tejido de malla que se utiliza para los gallineros.

Lo que tiene de innovador el grafeno es su carácter bidimensional, pues consiste en una capa de átomos de carbono dispuestos en forma de panal hexagonal. Científicamente, el grafeno es un alótropo de carbono.

Propiedades del grafeno

El grafeno aumenta la resistencia de los materiales, a la vez que los vuelve más ligeros. Por eso, en la industria suele añadirse grafeno al hormigó o a los metales.

A su vez, el grafeno es un conductor muy valioso, tanto de calor como de electricidad, aplicado para disipar la temperatura en pantallas LED y Smartphones. Del mismo modo, suele usarse grafeno en las baterías o sensores. 

Por sus características, compite directamente con el cobre y con el silicio. Además, cuenta con un gran potencial óptico, pues el grafeno es casi transparente y absorbe un alto porcentaje de luz blanca.

El grafeno tiene grandes propiedades antimicrobianas que vale la pena destacar. En tanto, a pesar de contar con una estructura muy delgada, el grafeno puede ser hasta cien veces más fuerte y resitente que el acero.

Para qué sirve el grafeno

El grafeno se aplica a diferentes tipos de industria, por ejemplo se lo considera el sucesor del silicio en la industria electrónica. Suele usarse para fabricar células fotovoltaicas, pantallas enrollables, luces LED y paneles táctiles. Como el grafeno aumenta la frecuencia de señales electromagnéticas posibilita la produccion de transitores de mayor velocidad. 

Año a año, la ciencia descubre nuevas funciones del grafeno y crecen sus aplicaciones, por ejemplo en: 

• recubrimientos anticorrosivos más efectivos
• redes eléctricas modernas
• Sistemas de comunicación optoelectrónicos
• fuentes de luz energéticamente eficientes
• filtración de agua para depuración y desalinización
• semiconductores utilizados en dispositivos espintrónicos

La industria automotríz, naval y aeronáutica también viene experimentando con la aplicación del grafeno en sus desarrollos. Del mismo modo, se ha descubierto que el grafeno tiene diversas aplicaciones médicas.

La alta biocompatibilidad y solubilidad del grafeno permite una dosificación de agentes antiinflamatorios y anticancerígenos. Del mismo modo, se usa el grafeno para destruir tumores cancerosos. Al igual que las láminas de grafeno se usan como biosensores para diagnosticar cáncer y enfermedades neurológicas.

El grafeno cuenta también con propiedades antibacterianas y se viene utilizando para el control de infecciones y la desinfección de heridas. 

De dónde se obtiene el grafeno

Los principales productores de grafeno son Estados Unidos y China, países en los que pueden encontrarse grandes cantidades de grafito amorfo a bajo costo, su materia prima. El grafeno premiun tienen un costo de producción mucho más elevado pues se produce con grafito de mayor calidad que precisa de cristales planos y ordenados mediante un procesamiento especial.

En la actualidad se han desarrollado otras diversas formas de obtener grafeno, ya sea por medio de la disposición química del vapor o a partir del carburo de silio. Pero estas afectan considerablemente la calidad del grafeno que obtiene.

Convertir la basura en grafeno

Como vemos, el grafeno es sumamente útíl pero, hasta el momento, difícil de producir.

La esperanza hoy está puesta en un reciente desarrollo tecnológico llevado a cabo por la Universidad de Rice que permitiría convertir la basura en grafeno. Al respecto, el químico James Tour indica que:

Se trata de algo muy importante. El mundo tira entre el 30 – 40 % de todos los alimentos, porque se estropean, y los residuos de plástico son una preocupación mundial. Ya hemos demostrado que cualquier materia sólida basada en el carbono, incluidos los residuos plásticos mezclados y los neumáticos de caucho, puede convertirse en grafeno.

Por su alto costo de producción es difícil producir grafeno a gran escala. Según indica Tour "el precio comercial actual del grafeno oscila entre los 67.000 a 200.000 dólares por tonelada".

Esta nueva técnica, desarrollada en Rice, se denomina calentamiento Joule instantáneo y no depende de ningún disolvente peligroso ni de aditivos químicos, por tanto es mucho más sencilla y más barata.

Su proceso consiste en exponer un material basado en carbono a un calor de 2.760°C durante sólo 10 milisegundos. Esta exposición hace que se rompan todos los enlaces químicos del material y que los átomos se conviertan en gas y el carbono se vuelva a ensamblar en forma de copos de grafeno.

Los copos de grafeno comunmente se utilizan para la produccion de hormigón. Según Tour, al reforzar el hormigón con grafeno:

podríamos utilizar menos hormigón para la construcción, y costaría menos fabricarlo y transportarlo. Básicamente, estamos atrapando los gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el metano, que los residuos de alimentos habrían emitido en los vertederos. Estamos convirtiendo esos carbones en grafeno y añadiendo ese grafeno al hormigón, reduciendo así la cantidad de dióxido de carbono que se genera en la fabricación del hormigón. Es un escenario medioambiental en el que todos ganan con el grafeno.

Riesgos del grafeno para la salud

Ciertas investigaciones le atribuyen al grafeno efectos de barrera contra los virus, por ello se lo ha empezado a aplicar en la producción de mascarillas. En España, las mascarillas quirúrgicas tipo IIR se están comercializando con grafeno de biomasa, producidas por Shandong Shenquan New Materials Co. Ltd. de China.

El riesgo del grafeno para la salud radica en que si se respira diariamente podría generar graves daños en los pulmones. En tal sentido, en Madrid se ordenó que retiren de forma preventiva, alrededor de 500.000 mascarillas con grafeno que se utilizaban en servicios municipales de salud.