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EL GRAFENO-1. Etiqueta 76: https://juan-adia.blogspot.com/search/label/076%20-%20EL%20GRAFENO%3A%20SUS%20PROPIEDADES%20Y%20EX%C3%93TICAS%20APLICACIONES%20INICIAN%20LA%20REVOLUCI%C3%93N%20TECNOL%C3%93GICA%20DEL%20SIGLO%20XXI
PRÓLOGO (Juan Adia)
Desde el 2010 en el que a Andréy Gueim (n. 1958) y a Konstantín Novosiólov (n. 1974) investigadores de la Universidad de Manchester, por sus revolucionarios descubrimientos acerca del GRAFENO, se les otorgó el Premio Nobel de Física, indiscutiblemente por sus importantes trabajos de investigación a 2010, a nadie le dan un Nobel sin motivos, teniendo en cuenta los importantes avances en la Física que se tienen en cuenta para una nominación.Desde entonces (hace 12 años) del Grafeno se ha hablado muy poco por los medios de comunicación. Si se hablan en los medios de miles de cosas inconsistentes, fútiles, para la masa; mucho de revoluciones de minorías sociales ampliamente subvencionadas; poco del hambre del Tercer Mundo o la desbocada Demografía mundial… Parece como si hubiera habido un “pago de silencio” generalizado a los MEDIOS (con mayúsculas) para no escribir nunca de lo que supone la Gran Revolución Industrial de siglo XXI. Pero los MEDIOS han olvidado una cosa esencial como buenos incultos que son, la Ciencia no tiene barreras y no tiene otros intereses que la Ciencia, y esto es imparable y pondrá a cada uno en su sitio.
¿Cómo es posible que una comunidad científica y una Industria se encuentre fascinada por este nuevo material, y ávida de materiales como el Grafeno y hayan tenido que pasar 12 años hasta que se vuelva a hablar del Grafeno? y que la gente, el público se pregunte: ¿qué ha pasado con el Grafeno?.
El Grafeno EXISTE y proseguirá su camino pese a quien pese, incluidas las grandes multinacionales que merced a la Globalización, están considerando al resto de Mundo como tercermundista, no apto, ignoto ante los avances tecnológicos, y muy contrarios a sus intereses espúreos.
Pero es necesario que “recordemos”… ¿Qué es el Grafeno?
Los investigadores dicen que nunca han conocido “en un mismo material”, el material más delgado del universo, un conjunto de extraordinarias propiedades, especiales, variables y únicas como las que posee el Grafeno. Este conjunto de propiedades, no conocidas actualmente en su totalidad, se multiplican día a día tras su investigación en diferentes campos, y de sus posibles aplicaciones en los campos más diversos de la Industria.
Aunque desde los años setenta~ochenta fuera conocido bajo “otras formas” físicas (furullenos y nanotubos), el Grafeno es un nanomaterial alotrópico, obtenido aislándolo mediante exfoliación micromecánica del Carbono. Y lo que es mejor, se encuentra en cantidades incalculables.
Es bidimensional, de una configuración atómica hexagonal «teselado», similar al de un panal de abejas, con sus átomos de carbono íntimamente cohesionados en una superficie plana y uniforme que se puede presentar formada por capas, desde UNA (el espesor de un átomo es 0,1 nm) hasta DIEZ capas superpuestas. Es especialmente ligero, ya que una lámina de 1 m² pesa tan sólo 0,77 milígramos.
Por expresarlo para que lo entendamos todos, es un material plano –con pequeñas ondulaciones– que se presenta en forma bidimensional, en capas de espesor de tan solo un átomo.
Ø Si cuantificamos su dimensión para el lector: 0,1 nm = 10−9 metros, o la millonésima parte de 1 milímetro, es decir el espesor del Grafeno es aún menor, porque es la décima parte de 1 nm, con espesor de 1 átomo.
Ø Si cuantificamos su peso: 1 m² de Grafeno, pesa 0,77 milígramos, es decir = 0,00077 gramos.
Ø Si cuantificamos sus otras cualificaciones como material: es traslúcido, maleable, flexible, asombrosamente resistente ya que su capacidad se encuentra entre 200 y 300 veces superior al acero; es el único material al día de hoy con una dureza igual a la del diamante, 10 de la Escala Mohs; es el mejor conductor de la electricidad conocido (incluido el oro); ha sido verificada (como veremos) su capacidad de autorrepararse; es el mejor transmisor de la luz en todas sus ondas, etc, etc.
Y la lista de sus aplicaciones no deja de aumentar: biocombustibles; lubricantes; capacidades electrónicas y de computación cuántica insospechadas; aplicaciones ópticas; ilimitadas aplicaciones en el campo de la medicina, etc.
Sus propiedades conocidas al día de hoy, las vamos a DETALLAR para el lector, en lo que veremos a continuación.
La capacidad de “autorreparse” ha sido recientemente descubierta por investigadores de la Universidad de Manchester, que han podido comprobar que cuando la lámina de Grafeno recibe algún daño de quiebra en su estructura, consigue atraer átomos de carbono situados en las proximidades del daño y “reparar” los huecos de la estructura dañada, los átomos capturados reparan los huecos donde son requeridos.Tenía con mis lectores una DEUDA: decir qué estaba ocurriendo con el Grafeno del que no se había vuelto a hablar de sus progresos y aplicaciones en los Medios, pero NO he querido SER YO QUIEN HABLE, que fueran los Centros de Investigación y las Empresas, los que dijeran con sus propias divulgaciones, cuál ha sido el “discurrir” del desarrollo del Grafeno al día de hoy (de casi todo, porque no lo sé todo).
RECIENTEMENTE he creído comprender el PORQUÉ se han podido paralizar las aplicaciones del Grafeno y sus INFINITAS APLICACIONES. El Grafeno es un material que va a suponer un desarrollo ilimitado de la Industria y de los Productos Comerciales, gracias a sus inmensas capacidades, sus características y sobre todo a su PERDURABILIDAD. Ésa precisamente esta PERDURABILIDAD la que ha podido ser LA CAUSA de que NO SE DESARROLLE: EL GRAFENO NO PERMITE LA "OBSOLESCENCIA PROGRAMADA". Es decir, lo realizado con Grafeno tiene una PERDURABILIBIDAD CASI ILIMITADA, lo ejecutado con Grafeno VA EN CONTRA de los Intereses Comerciales de los Fabricantes, que intentan, y así lo han programado desde hace unas décadas (recuerden la célebre bombilla en una Cuartel de Bomberos en los EE.UU. que lleva más de 100 años encendida) , que los productos TENGA UNA VIDA LIMITADA. El Mercado siempre nos ha manejado y además solo mira por "sus intereses" no por los del consumidor.
Van a ser sus propias publicaciones, sus propios videos y sus propios enlaces con Internet, los que establezcan qué pasa con el Grafeno, “ellos” van a ser hoy los protagonistas y los que “escriban” esta Etiqueta.
Los textos no están corregidos ni añadidos, en determinados casos, sólo he señalado en color algunas palabras.
Dado el volumen de información al que he accedido, sintetizarlo ha sido difícil y ha sido necesario tratar de establecer “campos de desarrollo”.
Pero una cosa quiero pedirle al lector: antes de seguir con la lectura, vea el VIDEO que les incorporo de Neurosol:
VIDEO (Neurosol): https://youtu.be/v4cKDzTyOek - Grafeno. La vida que viene, creo que antes de 15 años (para algunos).
1- Desalinización del Agua
Láminas de Grafeno. Los investigadores están estudiando cómo utilizar el grafeno en los procesos de desalinización del agua: para quitar la sal del agua del mar o de las aguas salobres, para hacerlas potables o útiles para otros fines.A modo de ejemplo, la compañía Lockheed Martin, conocida tradicionalmente por el desarrollo de sistemas militares y de aviones, ha llevado a cabo un proceso para microperforar el grafeno (recordemos que las láminas solo tienen un átomo de espesor) de tal manera que los agujeros sean lo suficientemente grandes como para dejar pasar el agua y lo bastante pequeños como para bloquear las moléculas de sal. La ventaja respecto al método tradicional viene dada por la extremada delgadez del grafeno: cuanto más fino es el material que actúa como filtro, menos energía se requiere para facilitar la ósmosis inversa (leer nota de prensa (click), en inglés).
Esto es muy importante, si sabemos que el gran costo del agua desalinizada se basa en el proceso, más el costo de los filtros y su recambio. Hay que tener en cuenta que el grafeno es de 200 a 300 veces más resistente que el acero, luego los procesos de presión sobre el filtro se anulan, y consecuentemente también su deterioro físico y reposición como “filtro”. Pensemos que: para lograr la ósmosis inversa se aplica una presión para vencer la presión osmótica, que es una propiedad coligativa producida por diferencias de potencial químico del solvente y un parámetro termodinámico. Muchos, si no todos estos efectos, son superados por el Grafeno, luego los procesos de obtención del agua desalinizada deben de “abaratarse”.
Purificación de agua. Antes comentaba sobre la destilación de Etano y otros alcoholes, bueno, pues el mismo proceso que permite esa destilación, también 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, mejora los actuales procesos por un amplio margen.
2- Electrónica, Ultracondensadores, Microchips
El Grafeno, sustitutivo del Coltán (Juan Adia). El Coltán es, como con los “diamantes de sangre” el llamado “mineral de guerra”, cuya extracción en régimen de semiesclavitud de los pueblos está sirviendo para financiar según la NN.UU. los conflictos geopolíticos en Africa, fundamentalmente en la República del Congo y Uganda, cuyas reservas de este mineral suponen el 80% de las reservas mundiales. Estos conflictos bélicos han supuesto ya más de 6 millones de muertos, y suponen algo más con la exposición a la radiación de estos materiales que han originado gran número de víctimas y enfermos.La denominación de Coltán es la contracción de dos minerales conocidos como la Columbita, óxido de niobio y manganeso (Fe, Mn)Nb2O6 y la Tantalita, oxido de tántalo con hierro y manganeso (Fe, Mn)Ta2O6. El Coltán es el material sólido que combina ambos minerales, de gran escasez en la naturaleza y cuya utilización es esencial para todos los dispositivos electrónicos (hoy día y que puede ser sustituido por el Grafeno) , e incluso su utilización en el acero quirúrgico.
Su valor se encuentra por encima de los 500.000 dólares la tonelada.
Todas las propiedades del Coltán puede asumirlas y superarlas el GRAFENO, con un costo mucho menor, al ser mucho mejor conductor de la electricidad que ningún otro metal conocido [(incluso el oro)], tener una capacidad superior de auto enfriarse, y ser mucho más resistente [(10 de la Escala Mohs, igual que el diamante)], siendo hasta diez veces más duradero que los materiales actuales.
Ordenadores. Pantallas de ordenador transparentes y flexibles, enrollables y plegables, que se convierten en teléfonos y se diversifican en variadas aplicaciones, serán una realidad.
Pantallas flexibles. Enrollables y plegables que servirán como base de varios dispositivos y extremadamente finas, que podrán integrar sistemas como el de pago “contactless” (sin contacto).
Desarrollo de pantallas para dispositivos móviles. No es novedad que los dispositivos electrónicos de última generación cada vez sean más pequeños y que esta tendencia exija la reducción constante de sus componentes, y que además les permita mayor ligereza y ergonomía. El LED es un ejemplo: recientemente científicos de la Universidad de Washington (UW) publicaron en la revista Nature un estudio (click) donde aseguran haber desarrollado uno que mide lo mismo que tres átomos, capaz de emitir luz suficiente para integrarse a aparatos electrónicos y de iluminación.
Del mismo se ha obtenido un filamento que es «10 mil veces más fino que un cabello humano», según Jason Ross, integrante del equipo de científicos de la UW, e incluso no se considera un objeto tridimensional. Se creó a través de un proceso similar al de las láminas monomoleculares de grafeno (click), técnica que permitió el desarrollo de diodos más flexibles, resistentes y eficientes.
Discos duros. Capaces de almacenar 1.000 veces más información.
Semiconductores. En los que se basan los ordenadores ultrarrápidos del futuro (sustituyendo al silicio). Tiene infinidad de aplicaciones: CPUs 500 veces más rápidas, sensores fotográficos mil veces más sensibles a la luz (click),chips vestibles del grosor de la piel, móviles que se enrollan, pantallas del grosor de una hoja de papel...
Redes. De telecomunicaciones ultrarrápidas
Ultracondensadores. Para automóviles y trenes eléctricos, y mejorar el rendimiento de las líneas de distribución eléctrica.
Circuitos integrados y transistores. Se han conseguido ya versiones funcionales tanto de circuitos integrados como de transistores, en ambos casos a escala atómica, 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. ¿Cuántas veces
hemos visto en las películas esos guantes con los que se tocaban pantallas
inexistentes, o las pantallas transparentes de
‘Avatar’? (ver el Video inicial de Neurosol), pues exactamente eso es lo
que nos podrían traer los electrodos de grafeno.
Computación
cuántica.
Si hay algo capaz
de permitir un ordenador capaz de saltarse cualquier clave cifrada del mundo,
eso son las propiedades cuánticas del grafeno, mediante
sus ‘puntos cuánticos’.
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Microchips más pequeños. Arrugan Grafeno para producir los microchips más pequeños.
El profesor Alan Dalton, de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Sussex, dijo en un comunicado:
"Estamos creando torceduras mecánicamente en una capa de grafeno. Es un poco como nano-origami”.
El uso de estos nanomateriales hará que nuestros chips de computadora sean más pequeños y más rápidos. Es absolutamente crítico que esto suceda ya que los fabricantes de computadoras están ahora en el límite de lo que pueden hacer con la tecnología de semiconductores.
Al crear arrugas en la estructura del Grafeno, los investigadores de la Universidad de Sussex han hecho que el nanomaterial se comporte como un transistor, y han demostrado que cuando una tira de grafeno se arruga de esta manera, puede comportarse como un microchip, que es alrededor de 100 veces más pequeño que los microchips convencionales. Los hallazgos se publican en ACS Nano.
El doctor Manoj Tripathi, investigador en Materiales Nanoestructurados en la Universidad de Sussex y autor principal del artículo, dijo:
"En lugar de tener que agregar materiales extraños en un dispositivo, hemos demostrado que podemos crear estructuras a partir de grafeno y otros materiales 2-D simplemente agregando torceduras deliberadas en la estructura. Al hacer este tipo de corrugación, podemos crear un componente electrónico inteligente, como un transistor o una puerta lógica”.
Leer más (click): https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-arrugan-grafeno-producir-microchips-mas-pequenos-20210216135001.html
3- Iluminación, Optoelectrónica, Bombillas, Sensores, Absorción de Luz
Sensor que permite fotografías en la oscuridad. Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang, en Singapur, liderado por el profesor Wang Qijie, ha creado un sensor hecho de Grafeno puro que pronto posibilitará hacer fotografías claras y nítidas en la oscuridad sin necesidad de utilizar flash.
El
profesor Wang Qijie, inventor del sensor del grafeno
Este nuevo sensor es altamente sensible tanto a la luz visible como a la luz infrarroja: unas 1.000 veces más sensible que cualquier sensor de las cámaras fotográficas actuales. Es decir, es capaz de asimilar 1000 veces más luz que los que llevan incorporados las cámaras digitales. Las aplicaciones de este sensor de Grafeno incluyen, al margen de las cámaras convencionales, la captación de imágenes por satélite, la industria de la comunicación y el infrarrojo medio.
La industria solo tendrá que reemplazar en el proceso de fabricación los sensores que utilizan actualmente por los de Grafeno, sin tener que modificar el resto del proceso. Según el equipo de investigadores, los sensores de grafeno abaratarán el precio final de las cámaras que, además, consumirán 10 veces menos energía.
Cámaras de visión nocturna. Para hacer fotografías y filmar vídeos sin luz, (ver apartado anterior)
Sir Konstantín Novosiólov (NOBEL 2010) y George Osborne, Cansiller de Hacienda del Reino Unido
Bombillas hechas realidad. Hasta ahora la primera promesa se cumplió con la creación de lo que han llamado la «bombilla de Grafeno». Consiste en un bulbo de cristal con LED revestido de Grafeno. En apariencia, muy semejantes a las clásicas incandescentes, pero con un consumo de energía 10% menor al del LED convencional y con una vida útil mayor. Este material es, a decir de sus fabricantes, 200 veces más fuerte que el acero, mil veces más delgado que un cabello humano, sumamente ligero y, además, tiene la capacidad de conducir electricidad y calor con rapidez y eficiencia, por lo que al integrarlo a una lámpara LED optimiza el desempeño de ésta.
El Grafeno fue aislado por primera vez en 2004 en la Universidad de Manchester (click), Reino Unido, por los investigadores Sir Andre Geim y Sir Kostya Novoselov, quienes de hecho ganaron el Premio Nobel de Física en 2010, y fue también en esa casa de estudios donde se diseñó esta lámpara, cuyo desarrollo fue financiado por la firma canadiense Graphene Lighting PLC, que también se encargará de la comercialización. Se ha planteado un posible precio al público en menos de 15 libras, alrededor de 20 euros ó 22 dólares ó 330 pesos, y que estará a la venta en «cuestión de meses», de acuerdo con la marca.
Es tal el interés, que el gobierno británico invirtió recientemente 61 millones de libras esterlinas en la creación del Instituto Nacional del Grafeno (click) del Reino Unido, aunque no son los únicos, pues la Universidad de Illinois, en Estados Unidos, está buscando la manera más viable de producir Grafeno en grandes cantidades para sustituir al silicio y al cobre en la fabricación de electrónica. Hasta ahora, el método que mejor resultado les ha dado es quemar magnesio metálico puro en hielo seco, como lo han descrito en su artículo publicado en la revista Journal of Materials Chemistry.
Bombilla más pequeña del mundo. Un grupo de científicos del departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) ha creado la lámpara incandescente más pequeña del mundo, con el fin de explorar la frontera entre la Termodinámica y la Mecánica Cuántica (dos teorías fundamentales de la física aparentemente incompatibles hasta ahora).
El equipo, que dirige Chris Regan, está utilizando su pequeña lámpara para estudiar la ley de la radiación del cuerpo negro, desarrollada por el célebre físico Max Planck en el año 1900, utilizando principios que ahora se consideran propios de ambas teorías. La termodinámica se aplica a los sistemas con muchas partículas, mientras que la mecánica cuántica funciona mejor cuando se trata de sistemas con sólo unas pocas partículas.
La lámpara incandescente utiliza un filamento confeccionado con un único nanotubo de carbono que sólo tiene 100 átomos de ancho.
A simple vista, el filamento resulta invisible con la lámpara está apagada, pero parece un diminuto punto de luz cuando está encendida. Incluso con el mejor microscopio óptico, lo único que se puede determinar es que el tamaño del nanotubo es superior a cero. Para tener una idea de la verdadera estructura del filamento, el equipo utiliza un microscopio electrónico con resolución atómica.
La Bombilla más pequeña del Mundo
Sensores lumínicos. especialmente indicado como sensor de luz infrarroja (lo que nosotros llamaríamos calor).
Capacidad de absorción total de la luz. Investigadores españoles del Instituto de Química-Física Rocasolano de Madrid y del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona han descubierto que el grafeno es capaz de absorber por completo la luz en su monocapa atómica, y luz en diferentes colores. Esta nueva propiedad, que se añade a las múltiples ya conocidas, permite, por ejemplo, desarrollar fotosensores de infrarrojo, biosensores, cámaras, paneles solares, etc. El trabajo se ha publicado en la revista Physical Review Letters y da lugar a aplicaciones como las dos que se explican a continuación.
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.
Televisores OLED (Organic LED). Se fabricarán con materiales orgánicos y más sostenibles con el medio ambiente.
4- Industria Espacial, Chalecos antibalas
Escudos térmicos. Muchos recordamos el accidente 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 accidente nunca hubiera podido ocurrir, ya que toda la panza del transbordador hubiera sido fabricada en una sola pieza, 50 veces más resistente que las placas de cerámica y con un 10% del peso de todo el escudo hecho con cerámica.
Al igual que con los escudos térmicos, numerosas piezas aeroespaciales que actualmente se fabrican en acero, pesado y caro, podrán ser fabricadas con Grafeno, ligero y más barato. En una industria donde los costes son absolutamente demenciales, y cada kilo de peso a elevar (o a bajar sobre una superficie) cuenta, el Grafeno puede permitir reducir costes y mejorar tanto la seguridad como la carga útil de cualquier tipo de artefacto espacial.
Escudos contra la radiación. Esta investigación apenas acaba de comenzar, pero la propia US Navy ha entrado de lleno en busca 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 mayor parte de estas aplicaciones se buscan con fines militares, será la industria aeroespacial la que realmente será capaz de utilizarlos de una forma mucho más productiva para toda la humanidad.
Chalecos antibalas. Aún no hay ninguno en el mercado, pero ya se están empezando a diseñar prototipos hechos de este material, Grafeno, mucho más ligeros y, de nuevo, con mejores prestaciones de protección que el kevlar.
La primera curiosidad es que el grafeno es capaz de autorrepararse en pequeña escala, esto es, si, por cualquier accidente, la red cristalina se rompiera, el remanente es capaz de utilizar cualquier fuente que contenga átomos de carbono (grafito, dióxido 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 cabeza de algo, ya que la fábrica de Grafeno con mayor producción industrial del mundo está aquí, en España, en la Comunidad de Murcia, para ser más exactos.
El GRAFENO y sus características
5- Medicina, Biosensores, Vacunas, Aplicación direccional de los Medicamentos
Capacidad de absorber la luz Infrarroja (Juan Adia). En la Bienal de la Sociedad Física Española en Valencia 2013, los investigadores españoles Pablo Jarillo-Herrero (1976) del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y Juan Ignacio Cirac Sasturain (1965) director de la División Teórica de Óptica Cuántica del Instituto Max-Planck de Alemania, han hablado de una de las inéditas propiedades del Grafeno que centran el interés de los investigadores. El objetivo es aprovechar la propiedad que posee el Grafeno para absorber la luz infrarroja, se inyectan partículas de este material modificadas químicamente al paciente de un cáncer, para que estas se adhieran a las células cancerosas. Las irradiaciones posteriores con las que se trata el tumor, actuarían directamente sobre las células cancerosas sin afectar a las del resto del cuerpo.Vacunas, detección de patologías. Diseño de nuevas vacunas contra el cáncer y sensores que se tatúan en los dientes para detectar patologías.
Ingeniería de tejidos. Para regeneración de tejido óseo en fracturas, o incluso para permitir luchar contra enfermedades degenerativas de los huesos.
Agente de contraste. Podría sustituir a los actuales agentes utilizados en radiología, radiocontraste, ultrasonidos y áreas similares. Estas tecnologías son empleadas, por ejemplo, para localizar tumores, pero el uso del Grafeno evitaría los efectos negativos que el uso de los actuales marcadores, en general sustancias radioactivas o tóxicas, tiene sobre el cuerpo humano.
Biosensores. Permitiría introducir biosensores en la corriente sanguínea 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 áreas afectadas, debido a sus propiedades cuánticas. El Grafeno puede cambiar su estructura bajo un campo magnético adecuado, esto podría permitir encapsular el medicamento, y que este no fuera liberado hasta que no llegue a la zona donde se lo necesita.
6- Medio Ambiente
Aplicaciones medioambientales. Estas serán infinitas, dado que el Grafeno puede modificar miles de productos que benefician los resultados de su aplicación, siempre en la búsqueda de su nula afectación medioambiental.Membranas. Eficaces energéticamente para producir gas natural y a su vez reducir las emisiones de dióxido de carbono de las chimeneas térmicas y de los tubos de escape de los vehículos.
Abaratamiento. Del proceso de separación del gas en la producción de plásticos y combustibles.
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 limpiar aguas radioactivas que otros compuestos. Compuestos que, además, 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 óxidos de Grafeno fabricados en España, con buenos resultados.
7- Otras Aplicaciones en el mundo de la Industria
Ahorro del Combustible en aeronaves (Juan Adia). En el ámbito de los combustibles, el gobierno de los EE.UU. ha asignado tres millones de dólares a la Universidad de Princeton situada en Nueva Jersey, para que desarrolle una investigación sobre la reducción del consumo de combustible en aviones, que al parecer se produce al añadir a dicho combustible partículas diminutas de Grafeno. No sólo se logra una reducción del consumo, sino que al mismo tiempo se optimiza el funcionamiento, mejora la velocidad de los motores a reacción y se reduce la contaminación ambiental. Los investigadores han afirmado que podríamos estar ante «una nueva era de los motores de combustión de las aeronaves».Aplicaciones aeronáuticas. Aviones que volarán mucho más rápido y emitiendo menos gases dañinos a la atmósfera.
La dureza del Grafeno , unida a su escaso peso y mínimo espesor lo llaman a sustituir a las actuales fibras de carbono empleadas en la industria aeroespacial, donde su futuro también puede ser insospechado.
Lubricantes. Esto seguro que no os lo esperabais, pues si, al
igual que el grafito, el Grafeno puede servir como lubricante, siendo capaz de durar hasta 6 veces más
tiempo que un lubricante de grafito convencional.
Absorción de ondas de radio: una mezcla entre grafeno y cuarzo permite pasar
las ondas de luz, pero no las de radio, ideal para laboratorios, ciertos
aparatos experimentales y edificios que requieran de altas dosis de seguridad
(o de tranquilidad) radioeléctrica.
Elsa Prada, investigadora del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC que ha trabajado con Novoselov, destaca el fluorografeno (análogo bidimensional del teflón, con propiedades lubricantes y aislantes extraordinarias), el nitruro de boro hexagonal (aislante cristalino y transparente, de gran dureza, que combinado con el grafeno mejora sus propiedades electromecánicas), el disulfuro de molibdeno (otro cristal bidimensional con prometedoras propiedades para la construcción de una nueva clase de transistores) o el siliceno (versión del grafeno hecho de silicio.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Zhejiang (China), dirigido por el profesor Gao Chao, ha creado el material más ligero conocido hasta la fecha (con una densidad de tan solo 0,16 mg/cm3): un gel ultraligero, basado en nanotubos de carbono congelados en seco y láminas de óxido de grafeno, al cual se le extrae el oxígeno.
Aparatos de sonido. Se cree que los altavoces y micrófonos hechos con Grafeno, serán capaces de superar cualquier cosa fabricada hasta la fecha.
Refrigerantes. No por sí solo, pero si se ha demostrado que puede mejorar la eficacia de diversos compuestos refrigerantes hasta en un 80%. Los refrigerantes tienen una prolífica utilización en distintos campos de la industria y de las máquinas de uso cotidiano.
Catalizadores. Este es un aspecto que aún está bastante en pañales, pero los primeros estudios demuestran que incluir pequeños fragmentos de grafeno parecen acelerar numerosas reacciones químicas.
Impermeabilidad. Otra de las propiedades resaltables del Grafeno es la impermeabilidad. Investigadores de todo el mundo están trabajando en las diversas aplicaciones que abre esta característica, como la producción de prendas textiles impermeables al agua.
VIDEO: https://youtu.be/-gvMrFLthDI
El catedrático de la UPV Francisco Cases explica las aplicaciones del grafeno en los textiles (en español).
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8- Paneles Solares Fotovoltaicos, Baterías, Energía
Paneles solares fotovoltaicos. El uso del Grafeno termina de manera drástica con los actuales Paneles Solares de silicio, al tener un 42% de eficacia (rendimiento), frente a los actuales Paneles Solares de silicio que solo convierten en electricidad un 22% (las Monocristalinas) y/o un 10% (las Policristalinas) de la energía que reciben, en cualquier caso, no llegan ni al 50% de los rendimientos del Grafeno.
Conduce el calor, genera electricidad cuando recibe luz, y cambia sus propiedades cuando se combina con otros materiales. Por ejemplo, puede repeler el agua o ser más conductivo.
Independiente de esto, estos Paneles Solares de silicio tiene una “vida útil” de 10-12 años (aspecto que no se le aclara al actual consumidor), perdiendo su rendimiento de captación.
Lo que no se entiende, es que no se esté YA COMERCIALIZANDO el Grafeno (porque como veremos, los paneles ya existen y hay firmas que los comercializan), y la única explicación es que quieran “terminar con el estocaje” de lo que tienen almacenado. ¿No se ha pensado en la formación de un híbrido con la rehabilitación y adecuación de los actuales Paneles Fotovoltaicos y la adhesión a los mismos de una Lámina de Grafeno, como solución?, ¿o están pensando en “vender dos veces” el mismo producto? Para el consumidor están comercializando una gran mentira.
Se ha comprobado también que el Grafeno, situado como una lámina sobre la que discurre una corriente de agua, sólo el “rozamiento” produce energía eléctrica. Este es otro aspecto a contemplar, en las múltiples aplicaciones que se pueden realizar, ríos, pantanos, mares, etc.
Fabricante de Paneles solares de Grafeno. Existe (que personalmente sepa) un fabricante de paneles solares de grafeno, se trata de PV Graph.
Esta empresa utiliza una tecnología de celda híbrida, que combina tecnología de película delgada con tecnología de silicio cristalino. Así es capaz de fabricar módulos con un 50% más de eficiencia. Además, aseguran que su durabilidad es G por ser más resistentes a microdaños.
La arquitectura propia de PV Graph alcanza una conversión de 1: 1 kWp a kWh: el 100% de la energía solar capturada por el módulo fotovoltaico se transfiere a energía eléctrica utilizable. La matriz de Grafeno responde significativamente mejor tanto a la luz dispersa como a la baja. También aplica a células fotovoltaicas situadas en zona de sombra. Esto no afecta la sensibilidad del resto del módulo activo, como sucede en otras tecnologías.
PV Graph. Ha adquirido los derechos del único panel solar de grafeno que hay en el mundo. Se trata de la tecnología PV Graph desarrollada por la empresa europea Freevolt.
El Grafeno es casi indestructible, elimina los problemas de degradación, de humedad y de efectividad de la temperatura que afrontan otros paneles solares. Las tecnologías actuales, aunque muy eficientes se enfrentan al problema de las microfisuras, que son causadas por la soldadura a alta temperatura de metales caros durante la producción, este detalle sin duda ha afectado negativamente la producción de energía, la confiabilidad y la efectividad de todos los paneles solares en el mercado.
Sin embargo, la tecnología PV Graph elimina el estrés térmico durante la producción y el agrietamiento que resulta de esa producción, lo que resulta en una vida útil mucho más larga, eficiente y duradera. A eso se le suma una reducción importante en los costos de producción al eliminar la necesidad de metales como la plata y el cobre.
El más reciente informe de Evaluación de Desempeño de la Comisión de Energía de California sobre esta tecnología demuestra que esta tecnología produjo 311 W en condiciones de prueba con una potencia de 300 W.
Los módulos fotovoltaicos tradicionales formados por un grupo de celdas de silicio conectadas entre sí en serie, por lo que la pérdida causada por cualquier daño, incluso microgrietas, en cada celda individual se puede multiplicar a través del sistema. De manera similar, al amanecer y al anochecer, algunas celdas que se encuentran en la sombra provocan pérdidas que la tecnología tradicional no puede soportar.
La tecnología de PV Graph resuelve muchos de estos problemas. La matriz de grafeno responde significativamente mejor tanto a la luz dispersa como a la baja. E incluso cuando algunas celdas están en la sombra profunda, no afecta la sensibilidad del resto del módulo activo, como lo hace en la tecnología tradicional.
PV Graph es teóricamente compatible con todas las células cristalinas estándar conocidas en todo el mundo, pero debido a su revolucionaria característica de diseño, no solo funciona con la máxima eficiencia, lo hace con menores costos ambientales de fabricación, y abre la puerta incluso a un mayor ahorro en la etapa de producción.
Fabricante de Grafeno. La startup mexicana Graphenemex dice estar lista para comenzar a comercializar, “a buen precio”, el que ha sido catalogado como el material del futuro, el Grafeno
Actualmente, un gramo de grafeno, tiene un costo promedio de entre 200 y 300 dólares, y al mayoreo puede llegar a negociarse hasta en 50 dólares por la misma medida; sin embargo, al especializarse en un estándar de material de grafénico, los emprendedores mexicanos Antonio Miramontes y Luis Caballero, lograron reducir el precio a 30 dólares por gramo.
(Comentario de Juan Adía: Sabemos que 1m² de Grafeno pesa 0,77 miligramos = 0,00077 gramos, luego si multiplicamos 30 $ x 0.00077 gr = 0,0231 $, lo que supone un precio “altamente competitivo. Dado su escaso peso y sus posibles aplicaciones, el producto puede ser altamente competitivo con otros productos de similares aplicaciones, silicio, selenio, galio, indio, cobre etc., con sus características de peso, dureza elasticidad, etc. lo hacen imbatible en los costos)
“Con la primera corrida de costos, de los 300 dólares, se puede dividir entre 10. Podemos llegar a 20 o 30 dólares por gramo (...) vimos que en México sí hay investigación en el tema, pero no hay una empresa que lo haga localmente. “Lo que queremos es que México no se vuelva dependiente de aplicaciones de grafeno de otros países en 10 años”, dijo Miramontes en entrevista con Expansión. Una vez alcanzada la meta de producción, el ejecutivo, dijo que el objetivo es comenzar a comercializar el Grafeno en diferentes industrias, como construcción, salud, elementos blindados, entre otros.
Por si fuera poco, el Grafeno es muy abundante en la Naturaleza, ya que proviene del grafito, presente en infinidad de objetos cotidianos como la mina de un lápiz, o los ladrillos. Otra nueva técnica desarrollada por el Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias emplea la oxidación del grafito para obtener óxido de grafito. Mediante ultrasonidos se obtienen láminas oxidadas de grafeno y escamas de grafeno.
Investigadores de la Universidad
de Rice han conseguido
obtener grafeno de alta calidad a partir del
azúcar común calentado a 800° C. VIDEO del
MIT (inglés): https://youtu.be/VIcZdc42F0g
El GRAFENO, una placa de Chip. gettyimages
Otras empresas comercializadoras de Placas Solares.
https://spanish.alibaba.com/g/graphene-solar-panel.html
Evolución de las láminas solares flexibles. Debido a sus propiedades de absorción 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 de silicio ‘imprimibles’ en láminas, el grafeno permitirá incrementar los rendimientos, abaratar el proceso y eliminar los actuales problemas medioambientales que la producción y degradación de las actuales placas flexibles genera.
Estas láminas solares son más baratas de fabricar, y absorben la luz de una manera extremadamente eficiente. Son láminas delgadas que ofrecen ventajas significativas sobre la tecnología anterior, además de ser bastante inalterables. Los módulos solares que se crean son particularmente interesantes también por su portabilidad. Se pueden enrollar y llevar a cualquier lugar para recargar diversos dispositivos electrónicos (móviles, tabletas, portátiles, gps, cámaras de fotos, etc.). Se acabó eso de quedarse sin batería en la montaña.
Lógicamente en la Arquitectura tienen un gran potencial (el Grafeno va a tener en la Arquitectura inimaginables aplicaciones, dado que la Arquitectura integra infinidad de materiales en su ejecución), no sólo por poder adaptarse a superficies curvas, sino también por su menor impacto visual. No hablemos de sus aplicaciones estructurales, debido a su dureza 200 veces mayor que el acero y su escasísimo peso frente a este).
Debido a su ligereza y homogeneidad, son más discretas que los paneles solares convencionales. Es de esperar que estos avances hagan más sencilla e integradora la instalación solar en los edificios. Las siguientes fotos se tomaron durante la aplicación de unas láminas solares sobre el tejado de un granero. Previamente la cubierta fue convenientemente tratada y aislada, y posteriormente ejecutada a base de planchas metálicas.
Estas láminas solares se venden en rollos, con un ancho tal que se ajusta perfectamente a las planchas de cubierta. Son adhesivas por uno de sus lados, quitando el papel correspondiente. En poco más de 5-10 minutos se tiene cada panel metálico preparado para subirlo a la cubierta e instalarlo.
Lo realmente ventajoso de este sistema es la facilidad de su instalación (de esto no nos hablan las actuales empresas instaladoras de Placas Solares). En la fecha en la que se ejecutó la instalación, el precio era similar al de las placas solares convencionales (4-5$ por watio). A esto hay que añadir el coste del inversor, que convierte la energía contínua generada por los paneles solares a corriente alterna; más el trabajo del resto de instalación de cableado e interruptores.
La última foto corresponde al granero acabado, con su instalación fotovoltaica:
VIDEO de Is Arquitectura (inglés): https://youtu.be/R4p0SjoZVFI
Web de IS Arquitectura: https://blog.is-arquitectura.es/
Baterías más duraderas. Para teléfonos móviles, ordenadores y coches eléctricos (con electrodos de Grafeno se consiguen baterías diez veces más duraderas que las que ahora utilizamos para cargar nuestros teléfonos móviles).
Superbaterías. Muchos estamos acostumbrados a las baterías de coches, esos pesados armatostes imprescindibles para el buen funcionamiento de nuestros coches, y ya no quiero decir si el coche es eléctrico. Bueno, pues ahora imaginaos esas baterías, pero con un cuarto de su peso y volumen, pues por ahí van los tiros.
Supercondensadores. Un supercondensador es un dispositivo de almacenamiento de energía por medios físicos que permite cargar y descargarse en pocos segundos. Desde que Stoller describió el primer supercondensador de Grafeno, se han alcanzado avances espectaculares.
Se ha conseguido cada vez mayor densidad de energía y de potencia. El Grafeno permite fabricar supercondensadores con mejores características de capacidad específica, densidad de energía, potencia. Por eso, es natural que pronto pasarán a formar parte de nuestros dispositivos electrónicos.
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 barro y empiece a ser competitiva.
Porque, vamos a ser sinceros, la gente no compra coches eléctricos no por que sean más caros, o más feos, no, no los compra por que para recargarles las baterías necesitan estar 8 horas sin poder usarlo mientras lo tienen enchufado a una red. Bueno, pues eso se acabó 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 llenar el depósito de gasolina.
Biocombustibles y bebidas alcohólicas. Gracias a las propiedades cuánticas de las membranas de óxido de grafeno, el proceso de destilación tanto del etanol, un biocombustible, como de numerosas bebidas alcohólicas, es mucho más eficiente y, sobre todo, más barato.
Células de combustible. Las nuevas membranas de Grafeno están consiguiendo lo que empezaba a parecer imposible, crear células de combustible de hidrogeno eficientes y que duren lo suficiente como para merecer la pena el fabricarlas en serie.
Grapheno-Chip
9- Propiedades Especiales
Autorrecuperación de su estructura inicial. Recientemente, además, investigadores de la Universidad de Manchester han comprobado que tiene la capacidad de “autorrepararse”. Es decir, si la estructura de una lámina de este material se quiebra (difícil) o se abolla, el Grafeno atrae de su alrededor los átomos de carbono que necesita y repara los huecos cubriéndolos adecuadamente. Esta aplicación “amplia” de manera cualitativa y cuantitativa su uso en otras muchas aplicaciones, por ejemplo, en los vehículos.El Grafeno conduce el calor, genera electricidad cuando recibe luz, y cambia sus propiedades cuando se combina con otros materiales. Por ejemplo, puede repeler el agua o ser más conductivo.Un material plástico creado con grafeno es diez veces más duro que el acero: Su unión es tan perfecta que ni siquiera los átomos de helio, los más diminutos que existen, pueden atravesarlo.
La guinda del pastel: el Grafeno en su forma óxida, absorbe residuos radioactivos, con lo que puede usarse para reducir la radioactividad de una zona contaminada. No es extraño que los científicos lo llamen "el material milagroso" (piensen en las Centrales Nucleares y sus posibles fugas)
VEB (click):Cómo puede revolucionar el grafeno a los coches eléctricos
Obtención del Grafeno. Ha sido la gran crítica al Grafeno, sin que sus detractores no piensen que un material con estas infinitas cualidades, “siempre se le va a buscar su fabricación y obteción competitiva”.
La empresa donostiarra Graphenea, la mayor productora de grafeno de la UE, es uno de los partners del proyecto junto con empresas como Philips, Varta, Nokia, ST Microelectronics, Repsol, Alcatel-Lucent o Airbus. Asimismo, próximamente está prevista la construcción de una de las mayores plantas de producción de grafeno del mundo en el municipio de Yecla (Murcia, España), creo que ya están iniciando su fabricación.Los procesos de obtención del grafeno a partir de grafito todavía presentan cierta complejidad, así como la consecución de la pureza requerida en cada caso en función de la aplicación para la que se va a utilizar el material. No obstante, solventar estos inconvenientes es tan solo cuestión de tiempo: los avances son constantes y publicaciones como Science o Nature se hacen eco continuamente de ellos.
Patentan una tecnología que permite obtener grafeno a bajo coste a partir del coque. Como explicábamos en el reportaje anterior, el Grafeno se obtiene a partir del grafito natural que se extrae de las minas de carbón. Aunque este material se encuentra en abundancia en la naturaleza, el proceso supone elevados costes en consumo de energía porque requiere trabajar a altas temperaturas. Recientemente, sin embargo, un grupo de investigadores españoles del Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC) ha conseguido obtener grafeno a partir del coque, un producto derivado del carbón y del petróleo.
La nueva tecnología, ya patentada, disminuye considerablemente los costes de obtención del grafeno respecto a la producción a partir del grafito. Esta patente española situará al país en una excelente posición en la carrera de investigación que se está llevando a cabo mundialmente.
El grupo de investigación liderado por la doctora Rosa Menéndez, responsable del grupo de Materiales Compuestos del INCAR-CSIC y coordinadora del CSIC en Asturias, participará en el proyecto europeo Coalphenes, financiado por la Comisión Europea, que investigará a partir de septiembre, y por espacio de tres años, cómo obtener materiales compuestos de grafeno a partir de derivados del carbón para aplicaciones que requieran materiales con una alta capacidad de disipación de calor.
(Enlace al INCAR en inglés). http://www.incar.csic.es/composite).
Artículo:
Critical temperatures in the synthesis of graphene-like materials by thermal exfoliation–reduction of graphite oxide (Traducción): Temperaturas críticas en la síntesis de materiales similares al grafeno por exfoliación térmica-reducción de óxido de grafito.
Enlace de la página (inglés): http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000862231200807X
El GRAFENO. gettyimages
10- Sistemas de Almacenamiento
Almacenamiento de energía. Un equipo de investigadores de la Universidad de Zhejiang (China), dirigido por el profesor Gao Chao, ha creado el material más ligero conocido hasta la fecha (con una densidad de tan solo 0,16 mg/cm3): un gel ultraligero, basado en nanotubos de carbono congelados en seco y láminas de óxido de Grafeno, al cual se le extrae el oxígeno. Las posibles aplicaciones van desde el almacenamiento de energía y su uso en microelectrónica hasta su utilización como potente absorbente en, por ejemplo, casos de vertidos de petróleo al mar.
Almacenamiento de hidrogeno. Antes he hablado de las células de combustible de hidrógeno, ese hidrógeno debe ser almacenado, y eso no era nada fácil hasta que llegó el Grafeno. Esta tecnología está en pleno desarrollo actualmente, pero los primeros resultados ya han permitido la creación de un depósito de hidrogeno casi sin perdidas y con poca corrosión interna.
INFORMACIÓN, TEXTO (sic) e IMÁGENES de la Empresas que figuran (independientemente de los Enlaces y Videos incluidos):
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