El grafeno

1. El GRAFENO
INDICE
• EL Prometedor Grafeno
• Grafeno
• Descripción
• Propiedades
• Descrito en la década de 1930
• ¿La alternativa del Silicio?
• Aplicación en electrónica
• Un papel de Grafeno mas resistente y flexible que el acero
• El primer procesador de plástico
• Nuevo transistor de grafeno
• Efecto de enfriamiento de nanoescala dentro de transistores
de grafeno
• Orgánicamente integrable
• Nuevo método para la producción masiva de grafeno.
• Nueva forma de controlar las propiedades del grafeno.
• El grafeno a un paso de cumplir su promesa revolucionaria.
• Magnesio y hielo seco.
• El Grafeno traerá chips más veloces.
• Otros usos del grafeno.
• Aplicaciones clínicas y medioambientales.
• Grafeno en Argentina.
• Aportes teóricos nacionales.

2. EL PROMETEDOR GRAFENO
En el año 2004, los profesores de la Universidad de Manchester Andre
Geim y Kostia Novoselov descubrieron cómo conseguir grafeno, una
monocapa de un solo átomo de carbono, a partir de grafito. Una de las
curiosidades de este logro fue la curiosa técnica que utilizaron para crear la
muestra de material, ya que a partir de grafito (como el que encontramos en
la mina de cualquier lápiz) y con la ayuda de simple cinta adhesiva
consiguieron dejar una capa de tan solo el espesor de un átomo de carbono.
Desde entonces muchos los científicos se han interesado por este material,
tanto por el amplio abanico de sus posibles aplicaciones como por la base
física que subyace en las propiedades que presenta. Entre ellas destaca que
es el material más resistente que existe en la actualidad, mucho más fuerte
que el diamante y muchísimo más fino que el papel, y se le puede dar
formas muy distintas como nanotubos o fullerenos (estructuras moleculares
de carbono con forma de esfera hueca).
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GRAFENO
El grafeno es una alotropía del carbono; la cual consiste en un teselado
hexagonal plano (como un panal de abeja) formado por átomos de carbono
y enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición de los
híbridos sp2 de los carbonos enlazados.
El Premio Nobel de Física de 2010 fue otorgado a Andre Geim y
Konstantin Novoselov por sus revolucionarios descubrimientos sobre el
material bidimensional grafeno.

3. La hibridación sp2 es la que mejor explica los ángulos de enlace, a 120°, de
la estructura hexagonal. Como cada uno de los carbonos tiene cuatro
electrones de valencia en el estado hibridado, tres de esos electrones se
alojarán en los híbridos sp2, formando el esqueleto de enlaces covalentes
simples de la estructura y el electrón sobrante, se alojará en un orbital
atómico de tipo p perpendicular al plano de los híbridos. La solapación
lateral de dichos orbitales es lo que daría lugar a la formación de orbitales
de tipo π. Algunas de estas combinaciones, entre otras, darían lugar a un
gigantesco orbital molecular deslocalizado entre todos los átomos de
carbono que constituyen la capa de grafeno.
El nombre proviene de GRAFITO + ENO.
En realidad, la estructura del grafito puede considerarse como una pila de
un gran número de láminas de grafeno superpuestas. Los enlaces entre las
distintas capas de grafeno apiladas se debe a fuerzas de Van der Waals e
interacciones entre los orbitales π de los átomos de carbono.
En el grafeno, la longitud de los enlaces carbono-carbono es de
aproximadamente 1,42 Å. Es el componente estructural básico de todos los
demás elementos grafíticos incluyendo el grafito, los nanotubos de carbono
y los fulerenos. Esta estructura también se puede considerar como una
molécula aromática extremadamente extensa en las dos direcciones del
espacio, es decir, sería el caso límite de una familia de moléculas planas de
hidrocarburos aromáticos policíclicos llamada grafenos.

4. Representación artística del grafeno.
Descripción
El grafeno perfecto se constituye exclusivamente de celdas hexagonales;
las celdas pentagonales o heptagonales son defectos. Ante la presencia de
una celda pentagonal aislada, el plano se arruga en forma cónica; la
presencia de 12 pentágonos crearía un fulereno. De la misma forma, la
inserción de un heptágono le daría forma de silla. Los nanotubos de
carbono de pared única son cilindros de grafeno.
El compendio tecnológico de la IUPAC establece: "anteriormente, se han
utilizado para el término grafeno descripciones como capas de grafito,
capas de carbono u hojas de carbono... no es correcto utilizar, para una sola
capa, un término que incluya el término grafito, que implica una estructura
tridimensional. El término grafeno debe ser usado sólo cuando se trata de

5. las reacciones, las relaciones estructurales u otras propiedades de capas
individuales". En este sentido, el grafeno ha sido definido como un
hidrocarburo aromático policíclico infinitamente alternante de anillos de
sólo seis átomos de carbono. La molécula más grande de este tipo se
constituye de 222 átomos; 10 anillos de benceno.
Estructura cristalina del grafito en la que se observan las interacciones entre las distintas capas
de anillos aromáticos condensados.

6. Propiedades
Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen:
• Algunos científicos de la Universidad de Ilinois en Michigan
aseguran que tiene propiedades de autoenfriamiento.
• Alta conductividad térmica y eléctrica.
• Alta elasticidad y dureza.
• Resistencia (200 veces mayor que la del acero).
• El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para
formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este
material de gran potencial de desarrollo.
• Soporta la radiación ionizante.
• Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.
• Menor efecto Joule; se calienta menos al conducir los electrones.
• Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.
Otras propiedades interesantes desde el punto de vista teórico son las
siguientes:
• Los electrones que se trasladan sobre el grafeno se comportan como
cuasipartículas sin masa. Son los llamados fermiones de Dirac.
Dichos fermiones se mueven a una velocidad constante
independientemente de su energía (como ocurre con la luz), en este
caso a unos 106 m/s. La importancia del grafeno, en este aspecto,
consiste en estudiar experimentalmente este comportamiento que
había sido predicho teóricamente hace más de 50 años.
• El grafeno presenta un efecto llamado efecto Hall cuántico, por el
cual la conductividad perpendicular a la corriente toma valores
discretos, o cuantizados, permitiendo esto medirla con una precisión

7. increíble. La cuantización implica que la conductividad del grafeno
nunca puede ser cero (su valor mínimo depende de la constante de
Planck y la carga del electrón).
• Debido a las propiedades anteriores, los electrones del grafeno
pueden moverse libremente por toda la lámina y no quedarse
aislados en zonas de las que no pueden salir (efecto llamado
localización de Anderson, y que es un problema para sistemas
bidimensionales con impurezas).
Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera el átomo de
helio, cuyos átomos son los más pequeños que existen (sin combinar en
estado gaseoso) puede atravesarlo.

8. Descrito en la década de 1930
El repentino aumento del interés científico por el grafeno puede dar la
impresión de que se trata de un nuevo material. La realidad, sin embargo,
es que el grafeno ha sido conocido y descrito desde hace al menos medio
siglo. El enlace químico y su estructura se describieron durante la década
de 1930, mientras la estructura de bandas electrónica fue calculada por
primera vez por Wallace en 1949. La palabra grafeno fue oficialmente
adoptada en 1994, después de haber sido usada de forma indistinta con
monocapa de grafito, en el campo de la ciencia de superficies.
Además, muchas nanoestructuras recientemente descubiertas, como los
nanotubos de carbono, están relacionadas con el grafeno. Tradicionalmente,
los nanotubos de carbono se han descrito como hojas de grafeno enrolladas
sobre sí mismas, y de hecho las propiedades de los nanotubos de carbono
se describen y entienden fácilmente en términos de las del grafeno. Se ha
descrito también la preparación de nanotiras de grafeno mediante
nanolitografía mediante un microscopio de efecto túnel.
¿LA ALTERNATIVA AL SILICIO?
Otra de sus propiedades es que conduce la electricidad mucho mejor que
la mayoría de los materiales, ya que los electrones viajan a través del
grafeno sin dispersarse. Ello ha llevado a pensar que estamos ante una
posible alternativa a la electrónica basada en el silicio, más eficiente y
económica y también mucho más rápido.

9. El equipo de la Universidad de Manchester con el que trabaja Novoselov
ha desarrollado un transistor de grafeno. Una lámina de este material
puede ser cortada en pequeñas cintas de tan solo 10 nanómetros de anchura
y 0,1 nanómetros de espesor y seguir siendo estable y conductora, lo que
haría que la industria pudieran desarrollar componentes electrónicos
muchísimo más pequeños de lo que permite el silicio. La miniaturización
haría posible integrar mayor cantidad de transistores en un solo chip, lo que
se traduciría en una mayor velocidad de procesamiento.
En alguno de los muchos artículos dedicados a este tema se comenta la
posibilidad de que, dentro de diez o quince años, los móviles, ordenadores
y dispositivos electrónicos en general estarán hechos de grafeno en lugar de
silicio. Kostia Novoselov, por el contrario, opina que probablemente el
grafeno ayudará a mejorar la tecnología derivada del silicio, pero no
sustituyéndola sino mejorándola, es decir, grafeno y silicio son compatibles
y podrían formar parte del mismo dispositivo.
Aplicación en electrónica
El grafeno tiene propiedades ideales para ser utilizado como componente
en circuitos integrados. El grafeno tiene una alta movilidad de portadores,
así como un bajo nivel de ruido, lo que permite que sea utilizado como
canal en transistores de efecto de campo (FET). La dificultad de utilizar
grafeno estriba en la producción del mismo material, en el substrato
adecuado. Los investigadores están buscando métodos como la
transferencia de hojas de grafeno desde el grafito (exfoliación) o el

10. crecimiento epitaxial (como la grafitización térmica de la superficie del
carburo de silicio - SiC). En diciembre de 2008, IBM anunció que habían
fabricado y caracterizado transistores operando a frecuencias de 26GHz. En
febrero del 2010, la misma IBM anunció que la velocidad de estos nuevos
transistores alcanzaba los 100 GHz.
En septiembre del 2010 se alcanzaron los 300 GHz.
Es increíble lo que se podrá hacer con el grafeno en un futuro próximo, la
última gran novedad en la investigación de este material consiste en
producir energía eléctrica desde una corriente de agua sobre una lámina de
grafeno.
Gracias al grafeno móviles serán flexibles, transparentes y mucho más
rápidos.

11. Un papel de grafeno más resistente y flexible que el acero
El equipo liderado por Ali Reza Ranjbartoreh perteneciente a la
Universidad Tecnológica de Australia, ha presentado un innovador material
desarrollado a base de láminas de grafito a escala de un átomo prensadas.
El resultado son laminas del grosor del papel de grafeno, este material
presenta entre sus propiedades muestra un grado de resistencia en relación
al acero dos veces superior. Debido a esta combinación de flexibilidad y
resistencia, ofrece un increíble potencial para su aplicación en industrias
como, automotriz, aviación, industria eléctrica y óptica.

12. Investigadores belgas del Imec crean el primer procesador de
plástico
Un móvil que se dobla y se convierte en reloj o una tableta tan elástica
como la goma. Así serán los aparatos del futuro gracias a los nuevos
materiales que se cuecen en laboratorios. Según los investigadores, el
grafeno, el siliceno (derivados del grafito y el silicio), los polímeros
conductores o determinados óxidos de metales revolucionarán la
electrónica de consumo, al permitir construir baterías flexibles,
procesadores más rápidos y pantallas transparentes más finas que el papel.
El belga Jan Genoe apuesta por ello. “En unos años podremos incluir
microprocesadores de plástico y pantallas hasta en paquetes de galletas.
Cogerás una, apretarás un botón en la caja y sabrás sus ingredientes y
calorías”, asegura. Genoe ha dirigido el equipo del instituto Imec de
nanoelectrónica de Lovaina (Bélgica) que acaba de producir el primer
microprocesador de plástico del mundo.

13. Nuevo transistor de grafeno desarrollado por IBM capaz de
operar hasta una frecuencia de 155GHz
Un nuevo transistor de grafeno desarrollado por IBM es capaz de operar
hasta una frecuencia de 155GHz. El componente es un 50% más rápido que
su predecesor y tiene una muy buena capacidad de eliminar el calor de su
interior, por lo que no necesita ser refrigerado para operar a dicha
velocidad. Lo anterior es posible gracias a las sorprendentes características
del grafeno, que como sabemos en un asombroso material que permite a los
electrones moverse por su interior a mayor velocidad que en el silicio.

14. Físicos demuestran existencia de efecto de enfriamiento de
nanoescala dentro de transistores de grafeno
Los físicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UIUC) han
demostrado recientemente la existencia de un efecto de enfriamiento de
nanoescala dentro de transistores de grafeno. Estas estructuras son
aparentemente capaces de reducir sus propias temperaturas, revela el
equipo.
Estas son las primeras observaciones de tales efectos termoeléctricos que
tendrán lugar en el punto de contacto entre los transistores de grafeno. Los
resultados tienen enormes implicaciones para la industria electrónica. En
este punto, la cuestión con los equipos es el grado de miniaturización
permitido por la tecnología actual es la creación de transistores que se
ponen extremadamente calientes durante las operaciones normales. Se
refrigeran activamente a través de sistemas basados en agua o ventiladores,
y estos sistemas consumen mucha energía.
Los transistores regulares se calientan debido a un proceso llamado
calefacción resistente, que se produce cuando los electrones que fluyen a
través de los dispositivos se ven obstaculizados y no pueden pasar. Esto
genera pérdida y es una de las principales razones por qué todos los
electrónicos de hoy en día se calientan. Hay algunos efectos
termoeléctricos en transistores regulares que también enfríen el dispositivo,
pero la influencia de la calefacción resistente ahora supera a estos efectos,
explica el profesor de ingeniería y ciencia mecánica en UIUC, William
King, el líder de la nueva investigación.
Según las palabras de William King: “En el silicio y la mayor parte de
materiales conocidos, el calentamiento eléctrico es mucho mayor que la

15. capacidad de disipar ese calor. Sin embargo, hemos descubierto que hay
zonas en los transistores de grafeno en las que el enfriamiento
termoeléctrico es superior a la acumulación de calor, lo que permitiría, en
teoría, diseñar dispositivos que se autoenfriasen sin ayuda externa. Es la
primera vez que se observa esta cualidad en los dispositivos de grafeno”
Eric Pop, un profesor de eléctrica e informática en la misma universidad,
fue el colíder del estudio. El nuevo trabajo fue publicado en la edición en
línea del 3 de abril de la revista Nature Nanotechnology, informa
EurekAlert. En este punto, se dice que la industria electrónica es dirigida
hacia la sustitución de silicio con grafeno en cuanto al material principal
para realizar los transistores. Este último es un compuesto de carbono, que
tiene una forma hexagonal, no hay resistencia al paso actual y la estructura
más fuerte jamás descubierta en la naturaleza.
Debido al hecho de que el grafeno es sólo un átomo de espesor, los
expertos todavía tienen que comprender plenamente la complejidad de los
fenómenos relacionados con la generación y distribución de calor dentro de
este material. El compuesto de carbono fue descubierto hace 6 años, y
todavía hay muchas cosas que aprender al respecto. En la nueva
investigación, el equipo UIUC utilizó la punta de un microscopio de fuerza
atómica (AFM) para medir la temperatura de un transistor de grafeno. Los
resultados sorprendieron incluso a los investigadores.
En el punto de contacto entre los transistores de grafeno y su conexión de
metal, los efectos de refrigeración termoeléctrica predominaban delante de
la calefacción resistente. Esto significa que la temperatura del transistor
estaba en realidad bajando mientras operaba, en vez de aumentar, como
pasa con los transistores de silicio. ”En silicio y la mayoría de los
materiales, la calefacción electrónica es mucho mayor que la auto-

16. refrigeración. No obstante, hemos encontrado que en estos transistores de
grafeno, hay regiones donde la refrigeración termoeléctrica puede ser
mayor que la calefacción resistente, lo que permite que estos dispositivos
se enfríen por sí mismos”, dice King.
“Este auto-refrigeración jamás ha sido observada para los dispositivos de
grafeno”, añade él. ”Los electrónicos de grafeno están todavía en su
infancia; sin embargo, nuestras mediciones y simulaciones muestran que
los efectos termoeléctricos se incrementarán mientras que la tecnología de
transistores de grafeno y los contactos mejoran”, añade Pop.
Las publicaciones especializadas bullen con artículos que presentan a esta
estructura de carbono como la Panacea universal en la tecnología y el

17. reemplazo de dispositivos de Silicio por Grafeno; pero no toda la
comunidad científica comparte este optimismo por el Grafeno. El célebre
físico holandés Walt De Heer afirma que "el grafeno nunca reemplazará al
silicio". "Nadie que conozca el mundillo puede decir esto seriamente.
Simplemente, hará algunas cosas que el silicio no puede hacer. Es como
con los barcos y los aviones. Los aviones nunca reemplazaron a los
barcos".
Además el Grafeno no tiene una banda de resistividad, propiedad esencial.
Eso significa que el grafeno no puede parar de conducir electricidad, no se
puede apagar. En cambio el Silicio sí tiene dicha banda.
Orgánicamente integrable.
Al estar construido por carbono, su integración con las células vivas es una
característica natural. De hecho, como explica Palacios, se ha abierto una
línea de investigación en la que se ha podido unir la electrónica basada en
grafeno con la biología, al crear un sensor sobre el que se depositan células
vivas. Como éstas se comunican mediante impulsos eléctricos y químicos,
el equipo de Palacios ha utilizado el grafeno para medir dichos impulsos y
poder estudiar cómo se comunican las células entre sí. Este paso es
realmente innovador pues como explica Palacios:
El objetivo es desarrollar nuevos instrumentos no intrusivos para el estudio
celular. Hasta ahora, médicos y biólogos sólo podían observar las células
bajo el microscopio o pincharlas para medir su voltaje. “Con este nuevo
instrumento se logra obtener la misma información, pero sin dañar la

18. célula. Como este material sólo tiene un átomo de espesor, cualquier
cambio que se produce en la célula (composición química, voltaje…)
depositada sobre el sensor modifica la conductividad del grafeno”, y añade:
“Saber cómo éstas se comunican, es el primer paso para entender el
funcionamiento de órganos como el cerebro y cómo las células responden
ante medicamentos y enfermedades”.
Nuevo método para la producción masiva de grafeno
Investigadores del Rensselaer Polytechnic Institute han desarrollado un
nuevo método simple para producir grandes cantidades de grafeno. La
nueva técnica funciona a temperatura ambiente, necesita poco
procesamiento y allana el camino para la producción masiva y rentable de
grafeno.
Un equipo de investigadores interdisciplinarios, liderado por Swastik Kar,
profesor asistente de investigación en el departamento de física, física
aplicada y astronomía de Rensselaer, ha ayudado a la ciencia a dar un paso
más en el importante objetivo de producir el grafeno en grandes cantidades.
Sumergiendo grafito en una mezcla de ácido orgánico diluido, alcohol, y
agua, y luego exponiéndolo al sonido ultrasónico, el equipo descubrió que
el ácido actúa como una “cuña molecular”, que separa hojas de grafeno del
grafito padre. El proceso resulta en la creación de grandes cantidades de
grafeno intacto y de alta calidad disperso en el agua. Kar y su equipo
utilizaron el grafeno para construir sensores químicos y súper
condensadores.

19. “Existen otras técnicas conocidas para la fabricación de grafeno, pero
nuestro proceso es ventajoso para la producción en masa, ya que es de bajo
costo, se realiza a temperatura ambiente, carece de productos químicos
perjudiciales, y por lo tanto es amistosa a un número de tecnologías donde
existen limitaciones ambientales y de temperatura”, dijo Kar. “El proceso
no necesita cámaras de ambiente controlado, lo que aumenta su sencillez
sin comprometer su capacidad de ampliación. Esta simplicidad nos
permitió demostrar directamente aplicaciones de alto rendimiento
relacionadas con detección ambiental y almacenamiento de energía, que se
han convertido en temas de importancia global”.
Los resultados del estudio, titulado “Stable Aqueous Dispersions of Non-
Covalently Functionalized Graphene from Graphite and their
Multifunctional High-Performance Applications”, fueron publicados en
línea el jueves, 17 de junio de 2010, por la revista Nano Letters. El estudio
también será el tema de portada de la edición impresa de noviembre de
Nano Letters.

20. Nueva forma de controlar las propiedades electrónicas de
“aleaciones” de grafeno
Científicos de materiales de la Universidad Rice han hecho un
descubrimiento fundamental que podría hacer más fácil para los ingenieros
construir circuitos electrónicos del muy promocionado nanomaterial
grafeno.
El grafeno es una capa de átomos de carbono que es de solo un átomo de
espesor. Cuando se apilan una sobre otra, las hojas de grafeno forman
grafito, el material encontrado en los lápices de todo el mundo. Gracias a
las herramientas de la nanotecnología, los científicos de hoy pueden hacer,
manipular y estudiar el grafeno con facilidad.
Sus propiedades únicas lo hacen ideal para crear más rápidos y más
eficientes ordenadores y otros dispositivos nanoelectrónicos. Sin embargo,
hay obstáculos. Para hacer pequeños circuitos de grafeno, los ingenieros
deben encontrar maneras de crear patrones intrincados de grafeno que están
separados por un material no conductor similar en grosor.
Una posible solución es el “grafeno blanco,” hojas de un solo átomo de
espesor de boro y nitrógeno que son físicamente similares a los de grafeno,
pero son eléctricamente no conductoras.
En un nuevo artículo en la revista Nano Letters, el científico de materiales
de Rice Boris Yakobson y sus colegas describen un descubrimiento que
podría hacer posible para los diseñadores nanoelectrónicos utilizar
procedimientos químicos bien entendidos para controlar con precisión las
propiedades electrónicas de “aleaciones” que contienen grafeno blanco y
negro.

21. “Hemos encontrado que existe una relación directa entre las propiedades
útiles del producto final y las condiciones químicas existentes mientras se
realiza,” dijo Yakobson. “Si hay más boro disponible durante la síntesis
química, conduce a aleaciones con un cierto tipo de disposición geométrica
de átomos. La belleza del hallazgo es que podemos predecir con precisión
las propiedades electrónicas del producto final basado únicamente en las
condiciones – técnicamente hablando, el llamado ‘potencial químico’ – en
la síntesis.”
El grafeno a un paso de cumplir su promesa
revolucionaria
Dos recientes avances pueden hacer que el grafeno se convierta en una
promesa cumplida, y que salga del laboratorio para formar parte de
dispositivos tecnológicos reales. El grafeno es una de esas grandes
promesas de la ingeniería de materiales que, desde su aparición en 2004,
todavía está en vías de demostrar su real valor práctico.
Hasta ahora el grafeno pertenecía más al campo de la ciencia que de la
tecnología ya que las técnicas para producirlo eran limitadas y sus
aplicaciones sólo existían a nivel teórico, pero dos recientes avances
pueden hacer que el grafeno se convierta en una promesa cumplida, y que
salga del laboratorio para formar parte de dispositivos tecnológicos reales,
el primero de los avances es a nivel de su manufactura.

22. Magnesio y hielo seco
Hasta ahora el grafeno se “cultivaba” a temperaturas sofocantes, utilizando
una técnica denominada deposición química de vapor. “En este proceso, se
hace pasar una mezcla de gases por sobre un metal -una película de cobre o
níquel- calentado a 1.000°C, que funciona como catalizador”, explicó
Daniil Stolyarov, director de tecnología de Graphene Laboratories.
“Moléculas de metano se descomponen sobre la superficie del metal y
liberan átomos de carbono, que luego se ensamblan conformando una
película de grafeno”. Es un sistema complejo, que da un muy bajo
rendimiento.

23. El segundo gran avance que emociona a los científicos de materiales está
vinculado a una posible aplicación del grafeno, sus propiedades de Pero
ahora investigadores de la Nothern Illinois University (NIU) han
encontrado una forma mucho más fácil de producir grafeno a gran escala,
quemando magnesio en hielo seco, los científicos aseguran que el método
es simple, rápido y tiene un menor impacto ambiental, el equipo que
publicó sus hallazgos en la revista Journal of Materials Chemistry, dijo que
logró producir grafeno de “unas pocas capas”, de varios átomos de espesor,
este descubrimiento de la NIU ocurrió mientras los investigadores
experimentaban con la creación de nanotubos de carbón. ”Nos sorprendió a
todos”, dijo Narayan Hosmane, profesor de química y bioquímica.
El Grafeno traerá chips más veloces
Conducción eléctrica son bien conocidas, y los diseñadores de chips han
venido soñando con la posibilidad de desarrollar procesadores basados en
grafeno. En 2010 IBM dio los primeros pasos al crear un sencillo transistor
de grafeno, pero este mes la compañía anunció que fue más allá: integró el
transistor en un tipo de circuito llamado mezclador de frecuencias de banda
ancha (broadband frequency mixer, en inglés), componente esencial de
televisores, teléfonos celulares y radios.

24. “Cuando una estación de radio transmite a través del espacio, lo onda que
llega al receptor es de alta frecuencia y no puede escucharse, así que debe
convertirse a una baja frecuencia, audible”, dijo a la BBC el científico que
lidera el proyecto, Phaedon Avouris. IBM dice que su investigación es un
importante hito de cara al futuro de los dispositivos con conexión de datos
inalámbrica.
Tal vez más importante sea que ha demostrado ahora es la capacidad de
crear circuitos integrados de grafeno. En el pasado los científicos han
tenido dificultades cuando intentaban preservar la integridad del material
durante el proceso de grabado de silicio. Lograr que funcionara junto a
otros materiales con los que se fabrican chips también ha resultado
problemático.
“Nuestro trabajo demuestra que el grafeno se puede utilizar en forma
práctica, ya no es un material individual”. Otro científico del proyecto, Yu-

25. Ming Lin, explicó que “esta es la primera experiencia de producción a
escala de oblea (en referencia a las obleas de silicio que forman la base de
producción de los chips) de un circuito integrado con grafeno; y
demostramos que el grafeno se puede combinar con otros elementos, lo que
brinda un mayor rendimiento y da funcionalidades más complejas a un
circuito”.Los resultados parecen sorprendentes. En el trabajo que publicó
en la revista Science, el equipo explicó que el circuito podía operar a altas
frecuencias, de hasta 10GHz (10.000 millones de ciclos por segundo) y a
temperaturas de hasta 127°C.
El Grafeno da grandes sorpresas
El trabajo de IBM sorprendió a muchos aún a uno de los descubridores del
grafeno. “Nunca sospeché que llegaríamos a este punto tan pronto”, dijo
Konstantin Novoselov, de la Manchester University. Él, junto a su colega
Andre Geim, son los responsables del hallazgo -en 2004- de este material
altamente conductivo, de gran tenacidad y transparencia.
Yu-Ming Lin y Phaedon Avouris forman parte del equipo de IBM que
investiga aplicaciones del grafeno, estos científicos consiguieron extraer

26. grafeno cuando experimentaban con cinta adhesiva y el material de los
lápices, grafito. Por este descubrimiento obtuvieron el premio Nobel.
“El circuito integrado (desarrollado por IBM) es un lógico paso hacia
adelante, y está en un punto medio entre los primeros experimentos y
posibles usos del material en la vida real”, dijo Novoselov. “Pero me
sorprendió que alguien lograra hacerlo tan pronto”.
Otros usos del Grafeno
Gigantes de la electrónica, al igual que pequeños laboratorios, ávidos de
contar con componentes electrónicos más pequeños, rápidos, térmicamente
estables y poderosos que los actuales, tienen al grafeno en la mira.
Samsung ha realizado fuertes inversiones en investigaciones sobre el
grafeno, y Nokia ha anunciado recientemente planes para asociarse con
terceras partes -como los ganadores del Nobel- para explorar las
potencialidades del grafeno. Más allá de la electrónica, el grafeno se podría
utilizar en óptica y en el desarrollo de materiales compuestos.
En laboratorios alrededor del mundo ya se han desarrollado prototipos que
utilizan grafeno, y sus posibilidades no parecen tener límites. También ha
atraído la atención de los biólogos, ya que por sus propiedades de
transparencia, resistencia y conductividad lo haría un candidato ideal como

27. componente de microscopios electrónicos de transmisión. Samsung ha
prometido que lanzará en el futuro cercano su primer teléfono celular con
pantalla de grafeno.
Andrea Ferrari, de la Universidad de Cambridge, dice que más allá de ser
totalmente flexible, una pantalla táctil hecha de grafeno podría ofrecer una
“impresionante” respuesta. Pasamos de botones físicos a pantallas táctiles;
el próximo paso es integrar algunas capacidades sensibles”, dice Ferrari.
“Su teléfono podrá percibir si lo está tocando, percibirá el entorno; y no
tendrá que apretar un botón para encenderlo, el aparato reconocerá si está
siendo utilizado”.
También dijo que un día no hará falta llevar dispositivos GPS (de
posicionamiento satelital global), ya que podrían estar entretejidos en
nuestras ropas, junto con otros dispositivos hechos de grafeno. ”Además de
GPS uno podría tener algo que controle, por ejemplo, el ritmo cardíaco,
integrado en la tela”, dice Ferrari. El grafeno ayudaría, inclusive, a que los
aviones se “comuniquen” con sus pilotos.
El científico explicó que las propiedades eléctricas del grafeno varían
según la tensión a la que se lo somete, como cuando hay fuertes vientos,
por caso. Así que el fuselaje de un avión podría ser capaz de “sentir” si está
sometido a grandes o pequeñas fuerzas y dar esa información a la cabina,
sin necesidad de tener sensores extra.

28. Aplicaciones clínicas y medioambientales.
Se están investigando las propiedades antibacterianas de este material.
Como ejemplo, podemos mencionar el trabajo de los de investigadores del
Shanghai Institute of Applied Physics (China). Este equipo ha intentado
crecer diversas cepas bacterianas sobre papel de óxido de grafeno, y células
humanas. Las bacterias no pudieron crecer sobre el papel, mientras que no
se observó ningún efecto adverso sobre las células. Así, dado el efecto
antibacteriano del grafeno y el hecho de que puede ser producido en
grandes volúmenes, este material podría utilizarse para vendajes, envases
para alimentos o para fabricar prendas de vestir y calzado sin olor.

29. A diferencia de lo que pueda parecer a primera vista, el impacto del
descubrimiento de cada uno de los materiales grafíticos en la sociedad, en
general, y en la comunidad científica, en particular, ha sido muy distinto.
Así, hasta finales del siglo XX, sólo se conocían las tres formas básicas de
carbono: diamante, grafito y carbono amorfo. Fue a mediados de la década
de los ´80 cuando se descubrió el primer fulereno [15]; en los 25 años
transcurridos desde entonces se han publicado alrededor de 12000 artículos
sobre fulerenos.
A principios de la década de los ´90 se publicó el primer trabajo sobre
nanotubos de carbono [16]; a día de hoy -20 años después- hay 35000
artículos sobre estos materiales, lo que hizo pensar a los investigadores que
la revolución en la Nanotecnología ya se había producido. Sin embargo, en
2004, como se ha mencionado antes, Novoselov, Geim y colaboradores
mostraron que era posible aislar una lámina de grafito y era estable [2,3]; a
día de hoy -sólo 6 años después- ya se han publicado más de 9000 artículos
científicos sobre grafeno, con un incremento espectacular a partir del año
2004.

30. Evolución del número de artículos publicados sobre grafeno y citas a los mismos desde
el año 1992 hasta nuestros días. El aumento exponencial producido a partir de 2004 es
espectacular. En sólo 6 años, se han publicado más de 9000 artículos científicos en
revistas del Science Citation Index y han sido citados más de 65000 ocasiones. Fuente:
Web of Science
Grafeno en Argentina
En nuestro país el investigador Luis Foa Torres (32) Dr. en Física,
investigador adjunto del Instituto de Física Enrique Gaviola (CONICET) y
profesor adjunto de la FaMAF, en la Universidad Nacional de Córdoba,
nos dice “Nuestro trabajo se centra principalmente en el estudio de las
propiedades eléctricas de materiales nanoestructurados, notablemente
materiales basados en carbono como los nanotubos de carbono y el
grafeno. Mis primeras experiencias con estos materiales se remontan al
2005 cuando trabajaba para la Comisión de Energía Atómica de Grenoble
(Francia), una línea que continué luego en Dresden (Alemania) y

31. posteriormente aquí en Córdoba, donde desde el 2009 trabajo junto a un
pequeño equipo de investigadores”.
Aportes teóricos nacionales
En una publicación científica reciente el Dr. Luís Foa Torres2 ,
conjuntamente con otros científicos, estudiaron las propiedades de
transporte de cargas cuando las láminas de grafeno se someten a esfuerzos
mecánicos como se indica en la figura 3 (en este caso la fuerza es uniaxial).
Se encuentra que la conductancia eléctrica tiene altas influencias debido a
la simetría de los bordes de las láminas de grafeno. Se comparan los
bordes brazos de silla y zigzag.

32. Mientras que los bordes zigzag resultan altamente resistentes a los
esfuerzos de corte por fuerzas mecánicas, en la configuración tipo brazo de
silla se induce una brecha energética generando así una transición metal-
semiconductor. Estos novedosos resultados ubican a las tipo brazos de silla
en una opción mucho mejor para aplicaciones electromecánicas. En
palabras del autor “En algunas condiciones, nuestras simulaciones
computacionales predicen que la tensión puede hacer que el sistema,
originalmente conductor, se vuelva un semiconductor o viceversa. Esto
podría ser de gran utilidad para la generación de nuevos dispositivos nano-
electromecánicos”
El Dr. Luís Foa Torres dice además “su obtención en el laboratorio no
requiere de elementos costosos ni exóticos: el grafeno puede aislarse a
partir del grafito, el material de la mina de lápiz, el mismo que todos
usamos en la escuela. Reexaminando un material conocido, con tenacidad y
voluntad para ir más allá del camino marcado, Geim y Novoselov lograron
un descubrimiento revolucionario que podría marcar el inicio de una nueva
era.”
También podemos encontrar en la reunión de la AFA de este año en
Malargüe, Mendoza, dos resúmenes de sus últimos trabajos en progreso
bajo los títulos “Bombeando electrones en materiales basados en carbono:
la influencia de los defectos” (P584) y “Nano-dispositivos en el límite
cuántico: transporte alterno en un mundo de carbono” (P210).
Y aún se habla de multitud de otras propiedades y aplicaciones del grafeno:
Internet cuántico, nano-burbujas de grafeno que crean los campos pseudo-
magnéticos más altos nunca conocidos, la mayor velocidad de giro nunca
vista (60 millón rpm), el globo más fino del mundo -impermeable, incluso,
a las moléculas de gas más pequeñas-, etc., etc. Ése es el poder que existe

33. detrás del grafeno: por su estructura y composición tiene propiedades
superlativas, y poseemos de partida un conocimiento –sobre el carbono-
que nos permite proponer nuevas aplicaciones nunca imaginadas antes.
Aún queda mucho camino por recorrer -por ejemplo, la producción de
grandes volúmenes de grafeno de alta calidad es aún un reto-. Sin embargo,
la cantidad de información de la que ya se dispone es ingente gracias al
esfuerzo de multitud de grupos de investigación de todo el mundo. En este
contexto, el objetivo de este documento ha sido acercarles a una pequeña
fracción de esa información e invitarles a seguir la pista de estas
fascinantes investigaciones. Merece la pena ya que, si se cumplen las
predicciones de los Premios Nobel, pronto veremos cómo este material
empieza a tener un impacto extraordinario en nuestra vida cotidiana.
FUENTES:
.http://ciencianet.com.ar
http://grafeno.com
http://recursostic.educacion.es
http://es.wikipedia.org/wiki/Grafeno
Este trabajo fue realizado por los siguientes alumnos:
Aguilar, Nestor
Duarte, Gustavo
González, Adrián