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Grafeno (segunda parte)

Grafeno (segunda parte)

En el artículo titulado “Efecto de campo eléctrico en las películas de carbono atómicamente delgadas”, escrito por Novoselov y sus colegas el año 2004, se menciona que el grafeno es una estructura nanométrica, bidimensional, de átomos de carbono fuertemente cohesionados en una superficie uniforme, ligeramente plana, con ondulaciones, de un átomo de espesor, con una apariencia semejante a una capa de panal de abejas por su configuración atómica hexagonal.

Según Chan y sus colegas, en el artículo publicado el año 2012 titulado “Fabricación de nanopartículas de magnetita amino-funcionalizados para los procesos de tratamiento de agua”, se menciona que las propiedades más destacadas del grafeno son: (1) Es el material más delgado porque tiene el espesor de un átomo de carbono. (2) Tiene una gran área específica, aproximadamente dos mil setecientos metros cuadrados sobre gramo. (3) Es el cristal con mayor elasticidad, hasta un veinte por ciento sin quebrarse. (4) El de mayor relación resistencia/peso. (5) El de mayor dureza, mayor que el diamante. (6) El de mayor conductividad térmica, diez veces mayor que el cobre y el aluminio, mayor que el diamante. (7) El que soporta la mayor densidad de corriente, un millón de veces mayor que el cobre. (8) Impermeable a gases. (9) La mayor movilidad de electrones, cien veces mayor que el silicio. El grafeno puede llegar a tener una transparencia del noventa por ciento y una resistencia eléctrica suficientemente baja para ser utilizado como electrodo transparente. Este tipo de materiales se usan en las pantallas táctiles de las computadoras. Su alta relación superficie/volumen lo hacen suficientemente sensible para detectar la presencia de una sola molécula extraña en su superficie. Por esta propiedad el grafeno se ve como un elemento clave para una nueva generación de sensores de gas, compuestos orgánicos volátiles o biomoléculas. Cuando el grafeno se fabrica con alta pureza y monocristalino, toda la muestra es un solo cristal, se espera que tenga una respuesta eléctrica muy rápida lo que permitiría usarlo como transistores con velocidades de interrupción superiores a los de los semiconductores usuales.

Novoselov y sus colegas, en el artículo citado anteriormente, mencionan que la exfoliación micromecánica, la que realiza sucesivos despegados, es el método más efectivo para producir láminas individuales de grafeno de alta calidad. El método consiste en realizar una estampación sobre soporte de óxido de silicio de placas de grafito pirolítico altamente orientado. A continuación, se realizan sucesivos despegados por una cuidadosa presión o frotación dividiendo desde el grafito estampado, láminas de grafeno individuales o láminas dobles, lo que lleva a espesores observados por microscopía de fuerzas atómicas no mayores de tres nanómetros.

Katsnelson, en el artículo publicado el año 2007 con el título “Grafeno: Carbón en dos dimensiones”, menciona que la naturaleza quiral del grafeno bicapa o monocapa, de gran importancia para la transmisión de electrones por túnel a través de barreras potenciales, por razón de su posición en contraposición al movimiento, ofrece la posibilidad para construir dispositivos tales como transistores de carbono. Geim, en el artículo publicado el año 2005 con el título “Los electrones pierden su masa en hojas de carbono”, menciona que debido a que las muestras de grafeno producidas son de tan excelente calidad que el efecto Hall cuántico y el transporte balístico pueden ser observados fácilmente, lo convierten en un buen prospecto para confeccionar transistores balísticos, un transistor balístico es aquel en el cual los electrones son disparados sin ninguna colisión entre ellos, significando mayores velocidades y menor energía requerida. Katsnelson, en el artículo citado, complementa mencionando que a causa de un acoplamiento órbita–spin irrelevante, la polarización spin en el grafeno subsiste en distancias submicrométricas, lo cual lo convierte en material ideal para producir dispositivos de válvula spin. Una aplicación del grafeno bicapa en este momento consiste en utilizar su capacidad para absorber moléculas de gas de la atmósfera, lo cual resulta en el dopaje con electrones o huecos dependiendo de la naturaleza del gas absorbido. Monitoreando los cambios en la resistividad, se puede determinar con exactitud las concentraciones de ciertos gases presentes en la atmósfera, con expectativas muy grandes en el área de control de la contaminación.

Geim y Novoselov, en el artículo publicado el año 2007 con el título “El ascenso del grafeno”, mencionan que otra aplicación es mezclar polvo de grafeno obtenido de cristalitos micrométricos no coagulados con plástico produciendo materiales conductores de electricidad a bajos costos y con una variedad muy grande de usos, o el uso de polvo de grafeno en baterías eléctricas derivado de su alta conductividad y una relación grande superficie-volumen que conduce a un mejor eficacia de las baterias. También merece señalarse que el grafeno, por ser un material ideal para producir spin qubits, ofrece grandes expectativas en computación cuántica, además de que puede utilizarse como almacén de hidrógeno dada su gran capacidad de absorber grandes cantidades de este gas. Así mismo para producir hojas conductivas, en las cuales varias estructuras nanométricas pueden ser curvadas para hacer un circuito de transistores de electrón simple, aprovechando la ventaja de que los canales de conducción, puntos cuánticos, barreras e intercomunicadores pueden ser trazados en una hoja de grafeno.

 

Guillermo Choque Aspiazu
www.eldiario.net
05 de Octubre de 2015

Grafeno (primera parte)

Grafeno (primera parte)

En el artículo titulado “Propiedades y aplicaciones del grafeno”, escrito por Rodríguez y Vasilievna el año 2008, se menciona que los nanomateriales han acaparado el interés de la investigación científica de las últimas dos décadas, debido al descubrimiento de propiedades disímiles a las que ofrecen los macromateriales, dando lugar al advenimiento de una nueva rama del saber científico: La nanotecnología. El espectro de posibilidades de su aplicación es de bastante amplitud y versatilidad tal que inauguran una verdadera revolución tecnológica. Novoselov y sus colegas, en el artículo publicado el año 2005 con el título “Cristales atómicos bidimensionales”, indican que nanomateriales es el nombre genérico con que se designa a las partículas de una dimensión igual o menor a una millonésima de milímetro. Pueden ser obtenidas a partir de diferentes elementos o compuestos químicos. El carbono, por ser el elemento más conocido e intrigante de la tabla periódica, es el que ha focalizado en mayor grado la atención científica a este respecto. El carbono tiene varias formas alotrópicas. Alotropía, en química, es la existencia, especialmente en el estado sólido, de dos o más formas estructurales moleculares o cristalinas de un elemento. Según Katsnelson, en el artículo escrito el año 2007 titulado “Grafeno: Carbón en dos dimensiones”, los alótropos del carbono pueden ser: (1) Tridimensionales, tales como el diamante y el grafito; (2) Bidimensionales, tales como el grafeno; (3) Monodimensionales, tales como los nanotubos; (4) Cero dimensionales, tales como los fullerenos. Esta alotropía tan extensa se debe a la capacidad de los átomos de carbono para formar redes muy complicadas y numerosas diversas estructuras.

En el articulo “El Grafeno y sus posibilidades de impacto en la industria minera” escrita el año 2014, el investigador Valdivia realiza un análisis del documento mencionando que la aparición del grafeno no es tan sorpresiva en el ámbito científico. Las últimas dos décadas el avance constante de la nanotecnología, aproximadamente desde mediados de los años noventa del siglo veinte, ha estimulado la generación de un sinnúmero de materiales con propiedades sorprendentes. La idea fuerza de la nanotecnología, verificada una y otra vez, es que al reducir el tamaño de los materiales a escala nanométrica, donde un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro, sus propiedades físicas y químicas varían notablemente respecto al mismo material pero de mayor tamaño. Estos objetos, de masa tan reducida y dimensiones de entre uno a cien nanómetros se denominan desde entonces nanomateriales. Algunos ejemplos notables de nanomateriales son los nanotubos de carbono, puntos cuánticos de semiconductores, nanofibras, nanoesferas metálicas, nanocintas, y otros.

Geim y Novoselov, en el artículo publicado el año 2007 con el título “El ascenso del grafeno”, mencionan que el grafeno es el bloque de construcción de otros materiales carbonáceos que se conocen desde hace más tiempo. El grafeno es un material bidimensional, una lámina compuesta de átomos de carbono enlazados en hibridación, ordenados en hexágonos regulares que se extienden a lo largo y a lo ancho conservando un átomo de espesor. Si esta lámina se enrolla se obtienen nanotubos de carbono de pared sencilla; si son varias láminas las que se enrollan a la vez serán nanotubos de pared múltiple; si la lámina de grafeno se envuelve como una pelota de fútbol se obtienen fullerenos, y si las láminas de grafeno se apilan como las hojas de un libro se obtiene grafito.

En palabras de Tronc y sus colegas, en el artículo publicado el año 1992 con el título “Transformación de hidróxido férrico en spinel por adsorción de hierro”, los nanotubos de carbono son conocidos desde el año 1991 cuando fueron identificados por el investigador Iijima, mientras que los fullerenos fueron obtenidos por Kroto, Heath, O’Brien, Curl y Smalley en el año 1985. Estos descubrimientos son relativamente recientes si se comparan con el del grafito, cuyo uso se remonta 6000 años atrás cuando en el este de Europa se comenzó a usar para decorar cerámica. Según Zhu y sus colegas, en el artículo escrito el año 2010 con el título “Materiales basados en el grafeno, grafeno y oxido de grafeno: Síntesis, propiedades y aplicaciones”, el grafito debe su nombre precisamente a su uso para escribir, graphein en griego, bien en la cerámica de hace seis mil años o con los lápices que aún se utilizan. El investigador Guo y sus colegas, en el artículo publicado el año 2011 con el título “Microcristales tetracaidecaedrales de magnetita: Síntesis, caracterización y estudio micro-Raman”, mencionan que en el año 1986 Boehm y colaboradores recomendaron el uso de la palabra grafeno para las láminas de carbón que componen el grafito. La terminación “eno” se usa para denominar hidrocarburos aromáticos policíclicos, aún cuando la raíz del nombre sea de origen trivial por ejemplo: naftaleno, antraceno, tetraceno, etc. En 1997 la “Unión Internacional de Química Pura y Aplicada” formalizó esta recomendación al incorporarla en el “Compendio de Tecnología Química”. En él se establece que “el término grafeno se debe usar solo cuando se discutan las reacciones, las relaciones estructurales u otras propiedades de láminas individuales”, descartando así el uso de términos como láminas de grafito, láminas u hojas de carbón, puesto que estas implican una estructura tridimensional que el grafeno no posee.

 

Guillermo Choque Aspiazu
www.eldiario.net
28 de Septiembre de 2015

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