Todo sobre el grafeno
Tabla de contenidos
- 1 Aspectos importantes sobre el grafeno
- 2 Variedades olotrópicas del carbono
- 3 Estructura del grafeno
- 4 ¿De dónde se obtiene?
- 5 Formas de obtenerlo
- 6 Grafeno casero
- 7 Óxido de grafeno
- 8 Pez-robot a base de grafeno que recoge microplásticos
- 9 ¿Qué es el grafeno?
- 10 Cal y Grafeno ayudan a absorber el CO2
- 11 Lubricantes de grafeno para motores diésel y gasolina
- 12 Un circuito a partir del grafeno que genera energía limpia e ilimitada
- 13 Guantes inteligentes con grafeno para el invierno
- 14 Batería de grafeno para coches eléctricos
- 15 11 Productos con grafeno que ya podemos comprar
- 16 El grafeno en la biomedicina
Aspectos importantes sobre el grafeno
Decir todo sobre grafeno abarca muchos aspectos. Este material que ha dado mucho de que hablar desde su descubrimiento. Durante este artículo hablaremos del grafeno de una forma introductoria para ir conociéndolo poco a poco.
Se sabe que nuestro planeta Tierra posee un material muy abundante el carbono, de hecho nosotros mismos estamos hecho de carbono. El carbono el es cuarto elemento más abundante de la Tierra después del oxígeno, hidrógeno y helio.
Este se almacena en el suelo y es producto del proceso de descomposición de los organismos, también está presente en los combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural.
El carbono puede presentar diferentes estructuras moleculares. En términos más científicos se dice que el carbono es olotrópico , es decir, que está presente en la naturaleza en más de una forma.
Estas variedades olotrópicas generalmente se producen debido a los diferentes temperaturas y presiones a las que se someten estas estructuras moleculares. Por ejemplo, en los cristales de diamante cada átomo de carbono está unido a cuatro átomos vecinos de este mismo elemento, por lo cual adopta forma de tetraedro.
En el caso del grafito sus capas están superpuestas. En cada capa ocupan hexágonos regulares.
El grafeno por su parte es muy parecido al grafito ya que el grafito se podría decir que está compuesto de un montón de láminas de grafeno, concretamente en una lámina de un milímetro de grosor caben 3 millones de láminas de grafeno.
En este sentido, quien podría decir así a simple vista que el diamante, el grafito y en su defecto el grafeno provienen del carbono. El diamante conocido por todos por ser tan codiciado y amado por su gran valor, es muy duro y resistente ya que está sometido a grandes presiones en el interior de la tierra.
Cada átomo de carbono en el diamante está conectado a otros cuatro átomos de carbono, lo que le confiere una dureza y un brillo excepcional. Mientras que el grafito es un material ligero y extraído del carbón. En este caso cada átomo de carbono está enlazado con otros tres átomos en capas de formas hexagonales que se parecen a una colmena de abeja.
Variedades olotrópicas del carbono
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- El diamante
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- Estructura interna del diamante
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- El grafito
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- Estructura interna del grafito
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- Grafeno
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- Estructura interna del grafeno
Estructura del grafeno
El grafeno tiene una estructura laminar plana compuesta por anillos hexagonales de átomos de carbono. Cada capa de anillos hexagonales del grafeno tiene una altura de aproximadamente de un sólo átomo de carbono. Esta característica, junto a la aplicación de técnicas muy especializadas, permiten obtener capas de grafeno extraordinariamente delgada.
¿De dónde se obtiene?
Como dijimos anteriormente se obtiene del grafito ya que el grafito está compuesto de láminas de grafeno. Las láminas de grafito están unidas con las siguientes con fuerzas de enlace cada vez más débiles lo que permite que las capas se deslicen unas sobre otras más fácilmente.
Esta característica fue utilizada por los científicos rusos Andréy Gueim y Konstantín Novasiólov para sacar muestra de grafeno.
Esto les permitió descubrir las propiedades del grafeno. Al tener solo un átomo de grosor lo convierte en un material bidimensional y a pesar de ser tan delgado nos encontramos con que es un material 200 veces más duros que el acero.
Formas de obtenerlo
En la actualidad se sigue investigando y trabajando un método para conseguir grafeno. Hasta ahora y a pesar del tiempo que ya ha pasado desde su descubrimiento todavía no se puede hablar de un método rey capaz de producir una alta calidad y en gran cantidad. Hasta ahora no se puede hablar de un método que consiga reunir estas cualidades perfectamente.
Los métodos que se usan son los siguientes:
1. Exfoliación mecánica: Este método fue el primero utilizado por los dos científicos rusos de la universidad de Manchester. Se trata de la exfoliación primeramente con cinta adhesiva manualmente.
Posteriormente el grafito depositado en la cinta de deposita sobre una superficie. Finalmente se retira la cinta adhesiva dejando monoláminas de grafeno. Este sería explicado sintetizadamente el método de la exfoliación mecánica el cual produce un grafeno de alta calidad estructural y de gran tamaño pero tiene el inconveniente de que el rendimiento que se alcanza es muy bajo.
A este aspecto hay que añadir que no hay forma de colocar las láminas de forma controlada por lo que no es un método adecuado para la producción de manera industrial.
2. Exfolioación en fase líquida: se basa en aumentar la distancia interlaminar entre las capas de grafito para disminuir la interacción entre ellas y poder separarlas mejor.
3. El depósito líquido en fase vapor: se basa en la descomposición a alta temperatura de hidrocarburos especialmente sobre sustrato metálico (generalmente niquel y cobre) de tal forma que los átomos resultantes de descomposición se reorganizan formando capas de grafeno.
Grafeno casero
Quién no ha jugado alguna vez a ser científico en casa y ha soñado que hacía grandes descubrimientos para poder ayudar así a la humanidad a avanzar facilitando la vida en el planeta…
Ahora surge una oportunidad pues hacer grafeno en casa es posible…
Te cuento como:
Método I
Es fácil y se necesitan únicamente los siguientes materiales: cinta adhesiva y grafito… no parece muy complicado, ¿no?
El primer paso es colocar el grafito, el cual puedes conseguir de la mina de un lápiz, en la cinta adhesiva. Debes pintar sobre la cinta. Seguidamente debes doblar la cinta y aplastar el grafito en el medio y luego abrir la cinta nuevamente.
Podrás observar que la capa de grafito se pega a los dos lados de la cinta. Repitiendo esta operación varias veces es posible separar cada vez más las diferentes capas de carbono, hasta obtener una mono capa.
El último paso es pasar ese grafeno de la cinta adhesiva a un soporte donde se pueda manipular.
Desde casa y sin los utensilios y conocimientos suficientes solo podríamos llegar hasta este punto ya que en principio no tendríamos forma de hacer nada con el grafeno obtenido, de igual forma queda demostrado que la técnica de obtención de grafeno con cinta adhesiva está al alcance de todos.
Método II
Desde el Trinity College de Dublín el profesor Jonathan Coleman del centro de investigación CRANN del Trinity College, ha desarrollo otro método eficaz para obtener grafeno, aunque la idea es para la producción industrial también es posible hacerlo desde casa o por lo menos eso nos han contado. En este caso los ingredientes necesarios son los siguientes: agua, polvo de grafito, detergente y una batidora…parece que está al alcance de todos ¿no?
Coleman utilizó una potente batidora (400v) para mezclar medio litro de agua, entre 10 y 25 mililitros de detergente y 20-50 gramos de polvo de grafito. El resultado son láminas de grafeno de buena calidad. Una vez realizado el experimento Coleman utilizó equipamiento avanzado de laboratorio como espectrómetros, centrifugadoras o microscopios electrónicos. De esta forma lograron producir 5 gramos de grafeno por hora.
Óxido de grafeno
El óxido de grafeno o en siglas en inglés GO es una forma oxidada del grafeno, sintetizado a través de la exfoliación y oxidación del grafito. El oxido de grafeno comparte la misma estructura del grafeno pero incluye grupos funcionales intercalados que contienen oxígeno. Las aplicaciones del oxido de grafeno depende del grado de oxidación.
Algunas de sus características del óxido de grafeno:
- A diferencia del grafeno, es hidrofílico (se dispersa fácilmente en agua y otros solventes orgánicos para formar coloides acuosos estables).
- Al igual que el grafeno, tiene un gran área superficial.
- Es adecuado para ser usado en compositos, ya que puede ser mezclado fácilmente con polímeros y otros materiales.
- Puede ser depositado en casi cualquier substrato.
- Es un aislante eléctrico (carece de la conductividad del grafeno).
- Es fluorescente.
- Puede ser reducido para obtener grafeno de menor costo/alto volúmen.
- Para dispositivos óipticos.
- Sensores biomédicos.
- Almacenamiento de energía.
- Recubrimientos resistentes a la corrosión.
- Suministro de medicamentos.
- Placas solares.
