Grafeno

Si Dios, como entidad suprema omnipotente, existiera y tuviera que hacerse una casa, ¿de qué la construiría? ¿Acero? ¿Diamantes, tal vez? ¿Plumas de querubín? No, ninguno de ellos se acerca ni de lejos a lo que es capaz de hacer el grafeno.
Desde Ciencia de Sofá os animamos a renunciar a vuestra vida si a cambio alguien os ofreciera unos gramos de este material, y ahora os vamos a explicar por qué. En primer lugar, ¿Qué tienen en común los siguientes materiales?
El grafito (izquierda) es la sustancia blanda con la que se fabrican las minas de los lápices, mientras que el diamante (en bruto, derecha) es el material natural más duro que se conoce y se utiliza, además de como piedra ornamental una vez pulido, para trabajar las aleaciones más duras de acero o pulir otros diamantes.

Curiosamente, estos dos materiales tan diferentes son manifestaciones distintas del mismo elemento: el carbono. Por tanto, la única diferencia que existe entre ellos, pero que supone un cambio tan drástico, es la manera en la que sus átomos están ordenados

Por un lado, el grafito no es más que un montón de capas apiladas de carbono en forma de malla hexagonal que tienden a deslizarse entre ellas con lo que, a escala macroscópica, el material se presenta blando al tacto y es fácil de desmenuzar con los dedos. 
Estructura atómica del grafito.  Fuente.
El diamante, en cambio, ocupa el lugar más alto en la escala de dureza de Mohs con un valor de 10, mientras el grafito oscila entre el 1 y el 2. La escala se calibró teniendo en cuenta que un material es más duro que otro cuando el primero es capaz de rayarlo.
Fuente: www.wikipedia.es
El responsable de esto es su estructura atómica, una especie de tetraedros que terminan uniéndose en estructuras cúbicas, lo que les da una rigidez sin precedentes.
Modelo 3D de la estructura cristailna
del diamante. Fuente: www.webelements.com

Pero ya nos estamos yendo por las ramas.
Ocurre algo muy curioso cuando coges sólo una de las capas que componen el grafito y les haces mil perrerías para comprobar sus propiedades: una vez aisladas, estas capas de carbono son el material más resistente que se conoce.

Venga ya… ¿Cómo puede ser posible, entonces, que sea tan blando un material que está compuesto por pequeñas láminas de la cosa más resistente jamás descubierta?

Aquí entran en juego los dibujos cutres y las hipótesis sacadas de la manga. Imaginemos una placa de metal engrasada, algo pegajosa al tacto y resbaladiza.

Te has despertado despertado de resaca y estás desorientado/a. No sabes muy bien por qué, pero por algún motivo tienes la habitación llena de estos trozos de aluminio grasientos. Al ver que están dejando el suelo hecho un asco, decides que tienes que tirarlos a la basura, así que te levantas de la cama e intentas coger el máximo número de placas de metal posible. Eres tan hábil que consigues amontonarlas todas en una bola aprovechando que son relativamente pequeñas y que tienden a quedarse pegadas entre sí por estar impregnadas de un líquido viscoso.
En este punto empiezas a recordar que no querías coger un taxi 
y pasaste por delante de un edificio en obras.

Mientras bajas en el ascensor, llama tu atención que, en conjunto, pese a estar compuesta de sólidos fragmentos metálicos, la esfera en conjunto es muy endeble. A la mínima que la aprietas por un lado, las placas metálicas empiezan a resbalar entre sí y se abre un poco más la ventana que da al desastre. 

Llegas a la conclusión de que el mismo fenómeno ocurre con las láminas monoatómicas del grafeno, que se unen en grupos de miles de millones para manifestarse a lo grande en forma de grafito. Vuelves de tirar la basura con el pijama cubierto de grasa amarillenta y compadeciéndote del siguiente vecino que tenga que pulsar el botón de llamada del ascensor.

La comunidad científica llevaba años teorizando sobre la existencia de estas láminas de un átomo de grosor, soñando despiertos con sus propiedades e intentando replicarlas en laboratorios usando los últimos avances en nanotecnología, sin éxito… Hasta que, en 2004, Andre Geim y Konstantin Novoselov lo consiguieron usando un lápiz y celo.
Estos investigadores pegaron un trozo de celo a una mina de grafito y, al despegarlo, una fina capa de material quedó adherida. Repitieron el proceso de nuevo con más pedazos de cinta, arrancando láminas cada vez más finas y, finalmente, comprobaron, con ayuda de potentes microscopios electrónicos, que habían conseguido reducir algunas a un átomo de grosor. Tras estudiar las propiedades de este nuevo material se dieron cuenta de que, además de poseer unas propiedades térmicas, eléctricas y ópticas excelentes, es 200 veces más resistente que el acero.
Para ilustrar este descubrimiento sorprendente, suele decirse que una lámina de grafeno de un sólo átomo de grosor es capaz de resistir el peso de un elefante haciendo equilibrios encima de un lápiz.

Una de esas comparaciones científicas extrañas que aportan menos 
información que el propio dato numérico. Fuente de la imagen, aquí.

Pero, ¿Un elefante africano o asiático? ¿Ese lápiz debería estar también hecho de grafeno para soportar el peso del paquidermo? ¿Será el grafeno la ansiada gran revolución que los circos llevan esperando desde el hombre-bala?

No sabemos la respuesta a ninguno de estos enigmas aunque, tarde o temprano, cuando se descubra cómo fabricar este material en grandes cantidades, tal vez nuestro día a día termine cubierto por una fina lámina de carbono indestructible. Y eso podría estar bastante bien.

O no.

Nota: Andre Geim, codescubridor (ni siquiera vamos a buscar en Google si esa palabra está aceptada) del grafeno, es conocido por ser el único ganador del premio Nobel y del “Ig Nobel. Este último se da anualmente a los investigadores que hacen los descubrimientos más absurdos e inútiles. En el caso de Geim, fue laureado por su trabajo con el grafeno y por la hacer levitar de ranas mediante el uso de potentes imanes, respectivamente.

4 pensamientos en “Grafeno”

  1. No creo, si bién el grafeno es tremendamente resistente, también es flexible, por lo que, cosa curiosa, no debería poder rayar ni al talco, pero no lo rayaría el diamante ya que la red del grafeno se “apartaría” de la punta del diamante y se “doblaría” al intentar usarlo para rayar algo.
    Por otra parte, un “bloque” de grafeno es, simplemente, grafito.
    Lo que es posible que rayara quizás al diamante, sería una herramienta, por ejemplo de carburo de silicio, que tuviera recubierto el filo de una capa de grafeno.

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