El Grafeno
El grafeno es una estructura laminar plana, de un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panal de abeja mediante enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición de los híbridos sp² de los carbonos enlazados.
La hibridación sp2 es la que mejor explica los ángulos de enlace, a 120º, de la estructura hexagonal. Como cada uno de los carbonos tiene cuatro electrones de valencia en el estado hibridado, tres de esos electrones se alojarán en los híbridos sp2, formando el esqueleto de enlaces covalentes simples de la estructura y el electrón sobrante, se alojará en un orbital atómico de tipo p perpendicular al plano de los híbridos. La solapación lateral de dichos orbitales es lo que daría lugar a la formación de orbitales de tipo π. Algunas de estas combinaciones, entre otras, darían lugar a un gigantesco orbital molecular deslocalizado entre todos los átomos de carbono que constituyen la capa de grafeno.
La estructura del grafito puede considerarse como una pila de un gran número de láminas de grafeno superpuestas. Los enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas se debe a fuerzas de Van der Waals e interacciones entre los orbitales π de los átomos de carbono.
El grafeno perfecto se constituye exclusivamente de celdas hexagonales; las celdas pentagonales o heptagonales son defectos.
Propiedades
· Alta conductividad térmica y eléctrica (debido a su estructura bidimensional en forma de panal de abeja).
· Alta elasticidad.
· Alta dureza (casi como el diamante).
· Resistencia (200 veces mayor que el acero)
· El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades.
· Es casi completamente transparente y tan denso que ni el átomo de helio (cuyos átomos son las más pequeños que existen) puede atravesarlo.
El descubrimiento de Andre Geim y Konstantin Novoselov
El Premio Nobel de Física 2010 ha sido otorgado a Andre Geim y Konstantin Novoselov, no por su descubrimiento del grafeno, ya que este ya existía casi desde hace medio siglo, si no porque ellos descubrieron cómo el carbono se presenta de un modo en el que se convierte en el material del futuro.
El hallazgo de Novoselov se produjo hace unos cuatro años, cuando dio por intuición con un método imaginativo para aislar capas grafíticas de un sólo atómo de espesor. El grafito, el material de las minas de los lápiceros, está formado por capas de átomos de carbono dispuestas como en un panal de abeja. En este sentido, el grafeno es en realidad una sola de estas capas que el profesor Novoselov obtuvó manchando una tira de celo con el grafito depositado, pintando con un lápiz en un papel y usando después ese celo como un sello sobre una superficie limpia.
Kostya Novoselov fabricó por primera vez grafeno en el laboratorio en 2004, y en julio de 2008 los científicos acababan de concluir que se trataba del material más resistente conocido.
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| Una malla de grafeno de un átomo de espesor demuestra su resistencia soportando la presión de un punzón de diamante. |
En marzo de 2007 el profesor Andre Geim presento un transistor hecho con grafeno. El transistor, era más de cuatro veces más pequeño que el más pequeño confeccionado en silicio, además de más eficiente. Para su confección se utilizó una lámina de grafeno de una décima de nanómetro de espesor, es decir, el espesor de un sólo átomo.
Mejoras respecto al silicio
Los procesadores podrían alcanzar una velocidad de cientos de gigaherzios (en silicio, el máximo –no comercial– es de 100 GHz) tardarán un poco más, porque el grafeno es demasiado buen conductor y deja pasar todos los electrones. El silicio, en cambio, es un semiconductor; es decir, admite que se le “diga” cuándo transmitir corriente y encender los millones de transistores que forman el procesador, y cuándo no.
Se habla de “controlar la conductividad del grafeno usando dos capas de este material, una encima de otra, y en una orientación determinada”. Para arreglar ese problema también se podría usar grafano, un derivado del grafeno: el grafano tiene la misma estructura de panal que el grafeno, salvo por que está "rociado" con átomos de hidrógeno que se adhieren al carbono. Los enlaces resultantes entre los átomos de hidrógeno y los de carbono "atan" eficazmente a los electrones que hacen tan buen conductor al grafeno. El grafano todavía conserva la delgadez, la enorme fortaleza, la flexibilidad y la densidad de su viejo primo químico.
Ya que el grafeno está formado por una única capa de espesor, los transistores son muy sensibles a cualquier molécula que se deposite en su superficie. Por eso, es un material idóneo para fabricar sensores químicos y biológicos.
Algunos de los futuros inventos combinarán la “sensibilidad” del grafeno con la “habilidad” del silicio, ya que se complementan no se sustituyen.
Jorge García Paredes
2º de Bachillerato A