Aplicación futuristica del grafeno: las pantallas flexibles

La revolución del Grafeno.

A lo largo del último siglo los físicos se han dado la tarea de estudiar el grafito y las propiedades matemáticas que tenia el grafeno, en los estudios realizados se presentaron conclusiones, en las que cabe destacar que “un material así no podría existir”. Esta conclusión estaba basada en que si se podía alcanzar a aislar una sola capa de grafito esta tendría muchos defectos que al estar a temperatura ambiente se haría muy inestable. En el 2004, el físico Andre Geim recibía al estudiante de doctorado Konstantin Novoselov, a la cual debía darle una línea de investigación, al no tener en mente una, le ofreció investigar los desechos que eran desprendidos del grafito, ya que otro estudiante se encontraba haciendo una investigación del grafito, en la cual era capaz de desprender el grafito con cinta para tener una superficie limpia. Tanto fue el éxito que de muchas pruebas pudieron encontrar algunas donde solo arrancaban una monocapa del grafito y en la cual procedieron a investigar. En sus investigaciones pudieron conseguir medidas de transporte electrónico por medio del grafeno, sus resultados fueron expuestos en una reunión con los más famosos físicos de materia condensada en estados unidos, desde ese entonces el grafeno ha revolucionado la física de los materiales debido a sus propiedades.

Estructura del grafeno 

El grafeno es un nanomaterial de un átomo de grosor, que representa una capa de átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina bidimensional en forma de hexágonos, en forma de panal de abejas. El grafeno es altamente resistente y flexible, pero su característica más importante es que puede hacer de conductor o de semiconductor, pero muy difícilmente de aislante, ya que este material comprende propiedades solo conductoras en su superficie en al cual su correlación de estado de “on-off” es muy pequeña; sin embargo se han hecho estudios y se ha llegado a la conclusión que agregándole impurezas con disulfuro de molibdeno se puede llegar a una correlación de 10000 veces mas grande entre estos estados. 

 El grafeno presenta propiedades que están revolucionando el estudio de los materiales y la tecnología, en el se da una velocidad superior en sus portadores comparados a la de otros materiales como los superconductores, esto es debido a que los electrones corren por el grafeno a la máxima velocidad posible, como si estos no tuvieran masa, esto se asemeja a las partículas de alta energía en el vacío. También se tiene que el grafeno es 200 veces más duro y resistente que el acero, ya que solo el diamante, que es el material más duro del mundo, podría rayarlo o causarle alguna hendidura en su superficie, lo que lo hace un material muy apetecido para su producción comercial. Otra característica importante para el grafeno es su grosor, ya que por definición esta es una red con forma de panal de abeja de solo un átomo de espesor (0,1nm), esta característica tan especial lo hace invisible ante el agua, es decir, cuando se moja la superficie del grafeno con una gota de agua este es totalmente transparente y casi invisible, este efecto esta dominado por las fuerzas de Van der Waals que existen entre las moléculas de la superficie del grafeno y el de la gota de agua. Por otro lado tenemos que el grafeno tiene mayor flexibilidad, ya que puede doblarse o estirarse hasta un10%. 

 El grafeno tiene entre las propiedades más destacadas la alta conductividad térmica y eléctrica, siendo esta ultima una característica que lo hace ser un superconductor eléctrico. Puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, como la mezcla de grafeno con silicio que da propiedades de transmisión de señales por luz. También, es mucho más ligero y flexible, tanto así que puede ser cambiando de forma para la creación de nanotubos con aplicaciones en la generación de energía eléctrica. Presenta menos efecto joule, ya que se calienta menos al conducir electrones, teniendo en cuenta que la energía cinética de sus electrones es mas elevada que en un compuesto conductor normal; además, tiene menos consumo de electricidad al momento de realizar varias tareas.

 Con las propiedades que presenta el grafeno únicamente, con todos los descubrimientos que se han obtenido en los laboratorios a partir de pruebas que se le han hecho con otros elementos, se han obtenido una amplia variedad de efectos, un mejoramiento o ampliación en las propiedades como tal del material y nuevas propiedades ideales. Todos estos logros obtenidos, hacen que el grafeno tenga una amplia gama de aplicaciones en el mundo; además, sus aplicaciones no solo se desarrollan para un campo, sino para una variedad inmensa de campos de trabajos y desarrollo que benefician a la humanidad.

 Cabe destacar que los efectos que presenta este material son únicos e inexistentes en otro tipo de material o elemento, por eso es que el grafeno es un material ideal por todas propiedades que comprende. El grafeno tiene cualidades muy interesantes y sorprendentes como el efecto de enfriamiento, este efecto consiste en la capacidad de los transistores de grafeno de poder autoenfriarse o autorefrescarce cuando el mismo esté trabajando a altas temperaturas, es la primera vez que se observa esta cualidad termoeléctrica en un material. el efecto de difracción de la luz es otra cualidad que no se presenta por si solo en los demás materiales, estos tienen que pasar por un proceso previamente para poder obtener este efecto; sin embargo, estos procesos no comprenden la alta fiabilidad que presenta este efecto en el grafeno, ya que para el este material puede absorber todo el espectro de luz (la luz visible y la infrarroja) con celdas o paneles que son cientos de veces mas pequeñas que la longitud de onda de la luz, en cambio para los procesos con otro material es necesario cientos de átonos para nada mas tomar una pequeña fracción de la luz. El efecto Hall cuántico se debe a que la conductividad perpendicular a la corriente toma valores discretos o cuantizados, esto permite que se mida con una precisión increíble, además esto implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser cero, debido a este efecto el grafeno tiene la dificultad de colocar un estado apagado o en “off” a los transistores hechos con este material. El grafeno es un material único, especial e ideal para cualquier tipo de trabajo, puesto en reacción con otros materiales puede llegar a tener los mismos efectos ya descubiertos, pero mejorados como el efecto túnel (diodos), el efecto de campo (FETs), entre otros. 

Como ya se había mencionado con anterioridad, el grafeno se puede desarrollar en diferentes campos, por lo tanto sus propiedades comprenden una amplia variedad de aplicaciones como en la electrónica, en la electricidad, en la medicina, en la robótica, en las telecomunicaciones con el tratamiento de señales, entre otros. El campo en donde tiene mas auge el grafeno es en la electrónica, ya que todas sus propiedades contribuyen a un mejor desarrollo para este campo, creando nuevos dispositivos electrónicos, mejorando las propiedades de los que ya existen, innovando nuevos productos a partir de estos, por estas y muchas mas razones esta claro porque el grafeno es un material ideal para este campo. el silicio, es un material ampliamente utilizado en la electrónica de hoy en día, el cual comprende muchas aplicaciones y productos para este campo; sin embargo, el grafeno esta haciendo a un lado al silicio, ya que este material es mucho mejor, visto desde cualquier perspectiva, comprende mejoramientos en los productos que se tienen hoy en día, comprende mayor fiabilidad y mejor rendimiento o eficiencia y sobretodo mayor aplicabilidad, pero el único inconveniente del grafeno es su producción, manipulación y creación, para los cuales llevan procesos muy tediosos y laboriosos sin mencionar el alto costo que este conlleva.

 Con todas las propiedades que se le han encontrado al grafeno, se han podido desarrollar o proyectar muchas aplicaciones, como es el caso en el que han podido desarrollar una batería de grafeno que tiene una durabilidad de hasta una semana y la cual es posible cargar en 15 minutos, aplicaciones similares a la anterior hay muchas como la batería de grafeno que se carga mediante el calor del ambiente, supercondensadores de grafeno que se pueden cargar 1000 veces mas rápido que las baterías convencionales, las fuentes de energía con nanotubos de carbono, entre otras, todas estas son un gran avance que revolucionaria a los dispositivos móviles, los ordenadores y otros equipos electrónicos, dando así mas durabilidad y vida útil.

Estructura de la batería a base de grafeno

                                      

                                           

 Otra aplicación del grafeno para un campo totalmente distinto es en la medicina, trata de un sensor basado en grafeno, que detecta las bacterias en el aliento, el sensor se encuentra adherido al diente, el cual al momento de detectar pequeños cúmulos de bacterias emite una señal inalámbrica y así poder prevenir una enfermedad; además, en otras aplicaciones el grafeno potencia los estudios biológicos en los que hasta ahora se usaba microscopio, al crear un sensor que, superpuesto sobre las células vivas, permite ver las comunicaciones que mantienen éstas entre sí.

Estructura y funcionamiento de sensor a base de grafeno

                                 

                                    

Pantallas desarrolladas con grafeno

 Siguiendo con las aplicaciones del grafeno y puede que sea la mas revolucionaria será la nueva generación de pantallas y paneles solares, que al ser 

a base de grafeno, tendrá como principal atracción que serán mucho mas delgadas, transparentes y flexibles, sin lugar a dudas es el avance tecnológico que todas las personas están esperando desde hace muchos años, ya que siempre han existido ideas acerca de pantallas de este tipo, creadas por la ciencia ficción [7].

                                                                                           

 El grafeno por tener muchas propiedades, que se reproducen en muchas aplicaciones, que ya han sido evaluadas y muchas mas que se descubrirán, podemos tener una visión futurista de lo que generara el grafeno en el mundo, empezando porque la tecnología dará un vuelco a la historia, donde nos encontraremos con nuevos dispositivos capaces de hacer maravillas en nuestra vida cotidiana, los televisores podrán ser mas livianos que los existentes, como también serán irrompibles por las propiedades ya establecidas del grafeno; los celulares como los televisores serán livianos tendrán una duración de carga mucho mayor a la que se puede alcanzar con los materiales usados en la actualidad, sin contar con que seria una alternativa para generar electricidad ecológica ya que el mundo se encuentra en desarrollo de energías ecológicas. Como también en un futuro se podría utilizar el grafeno en las baterías de los carros eléctricos para cargarse mientras el carro se encuentra en movimiento, optimizando la cantidad de energía cinética que produce un carro a la hora de frenar. En fin son muchas las aplicaciones que en las que se puede utilizar el grafeno para mejorar el desempeño, pero lo mas importante es que con la ayuda del grafeno se podrá desarrollar nuevas aplicaciones, que eran inimaginables o no realizables para el ser humano.

 Mi punto vista, viendo las dimensiones que abarca el grafeno, las investigaciones que se están realizando y su alto poder atractivo, esta haciendo que muchas personas se interesen en el tema y así haciendo que su desarrollo sea mucho mas rápido, el grafeno es el mejor material que se ha encontrado para la elaboración de nuevas herramientas para la evolución de la tecnología. El grafeno otorga beneficios indescriptibles, y con los cuales se posibilita a realizar una reingeniería. Nosotros apoyamos el uso del grafeno porque este va a llevarnos a un mundo más tecnológico, dando inicio para volver realidad las ideas futuristicas que se han pensado desde hace muchos años, donde encontramos que la tecnología es la base para el funcionamiento de un mundo moderno, y que con la ayuda del grafeno puede hacerse realidad. 

 Para concluir se puede decir que el grafeno revolucionará el campo de la electrónica, ya que el elemento estrella es el silicio en la electrónica de hoy que cuenta con ricas propiedades, pero con el descubrimiento del grafeno y sus propiedades, este desplazara al silicio como elemento estrella en la electrónica, debido a que las propiedades del grafeno son mucho mejores que las del silicio. Aunque es posible que se puedan hacer combinaciones del grafeno y del silicio para la elaboración de los dispositivos electrónicos sin que afecte los grandes avances que se avecinan con la llegada del grafeno.

Carlos Esmeral Lascano

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