Todo 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 m√°s abundante de la Tierra despu√©s del ox√≠geno, hidr√≥geno y helio. 

Este se almacena en el suelo y es producto del proceso de descomposici√≥n de los organismos, tambi√©n est√° presente en los combustibles f√≥siles como el carb√≥n, el petr√≥leo 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

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.

Representación de la lámina de grafeno y de los materiales carbonáceos derivados de él.

¬ŅDe d√≥nde 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 monol√°minas de grafeno. Este ser√≠a explicado¬† sintetizadamente el m√©todo de la exfoliaci√≥n mec√°nica el cual produce un grafeno de alta calidad estructural y de gran tama√Īo pero tiene el inconveniente de que el rendimiento que se alcanza es muy bajo.¬†

A este aspecto hay que a√Īadir que no hay forma de colocar las l√°minas de forma controlada por lo que no es un m√©todo adecuado para la producci√≥n 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

Qui√©n no ha jugado¬† alguna vez a ser cient√≠fico en casa y ha so√Īado que hac√≠a grandes descubrimientos para poder¬†ayudar as√≠ 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 f√°cil y se necesitan √ļnicamente los siguientes materiales: cinta adhesiva y grafito… no parece muy complicado, ¬Ņno?

El primer paso es colocar el grafito, el cual puedes conseguir de la mina de un l√°piz, 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 √ļltimo 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 Dubl√≠n el profesor Jonathan Coleman del centro de investigaci√≥n CRANN¬†¬†del¬†Trinity College, ha desarrollo otro m√©todo eficaz para obtener grafeno, aunque la idea es para la producci√≥n industrial tambi√©n 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 batidoraparece que est√° al alcance de todos ¬Ņno?

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.

√ďxido 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 hidrof√≠lico (se dispersa f√°cilmente en agua y otros solventes org√°nicos para formar coloides acuosos estables).
  • Al igual que el grafeno, tiene un gran √°rea superficial.
  • Es adecuado para ser usado en compositos, ya que puede ser mezclado f√°cilmente con pol√≠meros y otros materiales.
  • Puede ser depositado en casi cualquier substrato.
  • Es un aislante el√©ctrico (carece de la conductividad del grafeno).
  • Es fluorescente.
  • Puede ser reducido para obtener grafeno de menor costo/alto vol√ļmen.
El √≥xido de grafeno tiene m√ļltiples aplicaciones y usos:
  • Para dispositivos √≥ipticos.
  • Sensores biom√©dicos.
  • Almacenamiento de energ√≠a.
  • Recubrimientos resistentes a la corrosi√≥n.
  • Suministro de medicamentos.
  • Placas solares.
 

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