¿Qué es el Grafeno?
El grafeno es un material en forma de lámina compuesto íntegramente por átomos de carbono.
Los átomos de carbono se unen formando una estructura hexagonal en forma de panal, que a su vez forma una estructura bidimensional extendida. No está ordenado en la dirección de la altura, por lo que sólo tiene el grosor de un átomo de carbono. Es, por tanto, muy fino y transparente.
Usos del Grafeno
El grafeno se utiliza en una amplia gama de campos gracias a su excelente transparencia y conductividad termoeléctrica y eléctrica.
1. Electrónica
Las propiedades del grafeno, muy fino y transparente, lo hacen idóneo para aplicaciones de visualización. Además, el grafeno tiene la mayor velocidad de transferencia de electrones de todos los materiales a temperatura ambiente. Por eso se espera que encuentre aplicaciones en paneles táctiles transparentes, películas conductoras y células solares. Además, también posee resistencia química y térmica, por lo que está atrayendo la atención como alternativa al silicio y otros materiales.
2. Fibras
El grafeno en sí es difícil de transformar en fibras, pero el desarrollo de fibras que contienen grafeno está progresando. Las fibras que contienen grafeno tienen funciones similares a las del grafeno, por lo que se espera que se utilicen como materiales novedosos en diversas industrias. En la industria de la confección, en particular, el grafeno está llamando la atención, ya que satisface plenamente las funciones necesarias para la ropa.
Principio del Grafeno
El grafeno es conductor porque los electrones que ocupan los orbitales 2pz de los átomos de carbono pueden moverse libremente en el plano. Cada átomo de carbono tiene cuatro electrones de valencia. Tres de estos electrones de valencia se distribuyen en orbitales híbridos sp2 (orbitales en la dirección de la lámina) y el restante en el orbital 2pz (orbitales perpendiculares a la lámina).
Los electrones de valencia que ocupan los orbitales 2pz son electrones libres y pueden moverse libremente dentro del Grafeno. Esto convierte al Grafeno en un excelente conductor eléctrico.
Más Información sobre el Grafeno
1. Cómo se Fabrica el Grafeno
El grafeno, el material protagonista del tema de investigación que ganó el Premio Nobel de Física en 2010, se puede fabricar mediante una técnica sencilla: se aplica cinta adhesiva al grafito (grafito), que está formado por capas de átomos de carbono, que luego se despegan y se recoge el grafeno adherido a la superficie de la cinta.
A diferencia del anterior método físico para fabricar grafeno, la deposición química de vapor (CVD) es un método para fabricarlo químicamente. El grafeno puede producirse mediante una reacción química de gases metano, hidrógeno y argón sobre un sustrato calentado.
2. Precio del Grafeno
El precio del grafeno varía en función del número de capas de grafeno, su tamaño, su peso y el tipo de sustrato. El grafeno se vende en forma de monocapas, multicapas y polvo. En el caso de las membranas, el grafeno se coloca básicamente en capas sobre otro metal como sustrato.
Los sustratos incluyen sustratos metálicos como la lámina de cobre, sustratos inorgánicos como el dióxido de silicio y el cuarzo, y sustratos poliméricos como el PET (tereftalato de polietileno) y el PVC (polivinilcelulosa).
El sustrato se selecciona en función del uso previsto. El grafeno en sustratos como el cuarzo se produce transfiriendo grafeno que antes se producía en un sustrato de cobre, por lo que puede haber impurezas como material de transferencia. Las impurezas pueden eliminarse lavándolas con un disolvente orgánico como la acetona o calentándolas.
En el caso de las membranas, a menudo se pueden adquirir tamaños pequeños por unas decenas de miles de yenes. Por ejemplo, un tamaño de 1 cm x 1 cm está disponible comercialmente por aproximadamente 30 000 yenes (precio de febrero de 2021). Los precios aumentan a medida que se incrementa el tamaño, y algunos tamaños cuestan varios cientos de miles de yenes.
También existe grafito en polvo, pero también por varias decenas de miles de yenes por unos cientos de miligramos. El grado de defectos de un mismo grafeno varía de un fabricante a otro. A partir de los espectros raman se puede hacer una evaluación sencilla del grado de defectos.