Crean un material fino como el papel y diez veces más fuerte que el acero

Si hace tan solo unos días un equipo internacional de investigadores presentaba en la prestigiosa revista «Nature» un nuevo material capaz de repararse a sí mismo en menos de un minuto mediante la exposición a la luz ultravioleta, ahora un segundo grupo científico, éste australiano, presenta increíbles resultados en el desarrollo de otro nuevo material. En este caso, se trata de un compuesto de grafeno, fino como el papel, pero que es asombrosamente diez veces más fuerte que el acero. El trabajo, que aparece publicado en la revistaJournal of Applied Physics, podría revolucionar la aviación, la automoción, la óptica y la industria eléctrica.

El papel de grafeno es un material que puede ser procesado, remodelado y reformado desde su estado original, el grafito. Los Investigadores de la Universidad Tecnológica de Sídney utilizaron productos químicos para manipular la nanoestructura de esa materia prima y procesarlas en hojas tan finas como el papel. De esta forma, el material consigue «excelentes propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas», según explican en su web.

Como resultado, el material es extraordinariamente flexible, pero al mismo tiempo es muy resistente. En comparación con el acero, el nuevo material es seis veces más ligero, tiene de cinco a seis veces menos densidad, es dos veces más duro y tiene diez veces mayor resistencia a la tracción y 13 veces más rigidez de flexión.

Rentable y sostenible

«No sólo es más ligero, más fuerte y más flexible que el acero sino que también es un producto reciclable y sostenible respetuoso con el medio ambiente y rentable en su uso», explica Ali Reza Ranjbartorech, responsable de la investigación.

El científico cree que este papel de grafeno puede ser muy eficiente en la industria del automóvil y la aviación, lo que permite el desarrollo deautomóviles más ligeros y más resistentes y aviones que utilicen menos combustible y generan menos contaminación.

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Grafeno a partir de galletas

El grafeno ha llegado para quedarse. En varios laboratorios del mundo se está experimentando con este increíble material, que parece tener aplicaciones en campos tan diferentes como electrónica o la mecánica. Hace algunos años se necesitaba un equipo bastante complejo para producir grafeno, pero los científicos han mejorado los procesos necesarios para obtener esta molécula compuesta por átomos de carbono hasta el extremo de poder crear grafeno a partir de las típicas galletas que venden las niñas exploradoras. O al menos, eso es lo que han hecho en la Universidad de Rice.

Científicos de la Universidad de Rice, dirigidos por el químico James Tour, han publicado un artículo en la revista especializada ACS Nano en el que explican cómo lograron producir grafeno a partir de un material que “abunda”: las galletas de las niñas exploradoras. El experimento, que suponemos busca simplemente demostrar que la ciencia no siempre tiene que ser complicada o aburrida, tuvo lugar como parte de una apuesta informal entre dos grupos de científicos, después de que el año pasado uno de ellos anunciase que había creado grafeno a partir de azúcar. No es difícil imaginar a los científicos reunidos informalmente, bastante alocados luego de haber bebido una abundante cantidad de alguna bebida sin alcohol, diciendo “si ustedes lograron producir grafeno a partir de azúcar, nosotros lo haremos a partir de galletas!”. Y eso fue exactamente lo que hicieron.

Como tres campos de fútbol

Recordemos que a pesar de sus extraordinarias características, el grafeno no es otra cosa que una enorme molécula, de un átomo de espesor, compuesta de carbono. El carbono es uno de los materiales más abundantes, que forma parte tanto de la mina de un lápiz, de los diamantes, de nosotros mismos y -por supuesto- de las “Girl Scout Cookies”. Los científicos de la Universidad de Rice diseñaron un proceso para poder obtener este material a partir del contenido de carbono que poseen -al igual que casi todo lo que comemos- las citadas galletas. El propio Tour recuerda que cuando un colega le comentó acerca de usar azúcar como fuente para la fabricación de grafeno, un miembro de su equipo sugirió que “sería posible hacerlo a partir de cualquier fuente de carbono. Por ejemplo, las galletas que venden las chicas de los grupos Scouts.” Y así fue como el grupo se puso a pensar seriamente en el problema.

Los estudiantes graduados Gedeng Ruan y Zhengzong Sun, junto a Tour, lograron convertir parte de una galleta en grafeno suficiente para cubrir una superficie equivalente a tres canchas de fútbol. Zhengzong calcula que una caja de galletas completa puede proporcionar una cantidad de grafeno tan grande, que en el mercado podría venderse en 15 mil millones de dólares. Seguramente se trata de una exageración, pero quizás las niñas exploradoras deberían comenzar a considerar seriamente abandonar el negocio de las galletas y embarcarse en una sociedad comercial con Tour y sus colegas. Dejando las bromas de lado, los científicos demostraron un material, como el carbono, que es muy abundante en una de sus formas, puede convertirse en algo muy valioso cuando se lo somete a un proceso que redistribuye los átomos que lo componen.

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Cómo hacer grafeno con una batidora de cocina

¿Conoce esos programas en los que hacen experimentos o ejercicios arriesgados y recomiendan insistentemente a los espectadores que no intenten repetir lo mismo en casa? Pues esto es algo más o menos parecido, aunque bastante más ingenioso y, por supuesto, lo suficientemente serio como para que la prestigiosa revista científica Nature Materials se haya hecho eco. Todos (o casi todos) disponemos de una cocina y una batidora, pero pocos tenemos los conocimientos científicos para llevar a cabo lo que ha conseguido un grupo de investigadores del Trinity College de Dublín. En concreto, el equipo tiene la «receta doméstica» para producir grandes cantidades de grafeno limpio y de buena calidad, considerado el material del futuro.

Las láminas de grafeno son el material más delgado y fuerte del mundo, flexible y buen conductor de la electricidad. Sus aplicaciones potencialesson enormes, desde extraordinarias pantallas táctiles y nuevos chips a fórmulas para el tratamiento del agua o para la elaboración defármacos contra el cáncer. Muchos investigadores persiguen cómofabricarlo de forma masiva y sencilla.

Y esto es lo que ha intentado el equipo del Trinity College dirigido porJonathan Coleman, con una batidora de cocina de alta potencia (400 vatios), medio litro de agua, de 10 a 25 ml de detergente, y de 20 a 50 gramos de polvo de grafito (se encuentra en las minas de los lápices). Utilizaron la máquina de 10 a 30 minutos y el resultado, según informa Nature, fue un gran número de escamas de grafeno del tamaño de un micrómetro suspendidas en el agua.

Un kilo al día

Si está pensando que podría hacerlo usted mismo en su cocina, ahórrese destrozar su batidora, porque debe saber que no todo fue tan sencillo. En realidad, Coleman reconoce que se realizó un trabajo previo en laboratorio para preparar los ingredientes y que se utilizaron microscopios electrónicos y espectrómetros para separar el grafeno y probar el resultado. El trabajo principal fue realizado con una batidora industrial.

Sin embargo, insiste en que su método demuestra lo simple que puede llegar a ser fabricar grafeno en cantidades industriales. Una compañía británica llamada Thomas Swan llevará el proceso, que ha sido patentado, a escala industrial y espera conseguir un kilo de grafeno al día a finales de año. Los investigadores creen que supone un importante paso adelante para producir grafeno sin límites de forma barata. La técnica de la batidora produce pequeñas escamas de unas cuatro o cinco capas de espesor de promedio, sin defectos y con una alta conductividad eléctrica.

En cuanto a las aplicaciones, son infinitas: baterías, placas solares, pantallas electrónicas flexibles y de bajo coste, plantas de desalinización... e incluso condones. Muchas empresas ya fabrican y venden grafeno, ahora está por ver qué método triunfará en este incipiente y prometedora industria.

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