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Área: Economía >> Empresa
Actualizado el 2013-05-27 a horas: 16:21:55

Grafeno para atrapar el sol

El nuevo material más ligero del mundo

Ilsa Rodríguez y Julio Hernández *

Beijing y La Habana (PL).- Un equipo de científicos de la Universidad china de Zhejiang ha conseguido producir el material más ligero conocido en el mundo con láminas de óxido de grafeno, un descubrimiento que los expertos colocan entre los más importantes de la ciencia moderna y cuyos usos serían múltiples. El grafeno asombra por sus cualidades: peso ínfimo, elasticidad y dureza excepcionales (200 veces más duro que el acero), alta conductividad térmica y eléctrica y transparencia, y puede ser mezclado químicamente con otras sustancias para producir nuevos compuestos con otras propiedades.

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La Humanidad tiene un sueño: contar con energía suficiente y barata, sin tener que depender de los combustibles fósiles, que además de ser caros y agotables, contribuyen al calentamiento global mediante el efecto invernadero. No obstante las diversas investigaciones en energías alternativas, es hacia la energía proveniente del sol, inagotable en la práctica, que se vuelven todos los pensamientos cuando del tema se trata.

La energía solar, tanto para producir vapor de agua que muevan generadores o para hacer funcionar paneles para convertir directamente la luz en electricidad, hasta el momento tiene una utilidad limitada por el rendimiento y el costo por kilowatt producido. Sin embargo, los científicos e ingenieros no renuncian y siguen empeñados en hacer estos paneles cada vez más eficientes y baratos.

El origen de todos estos sistemas, por lo menos en el aspecto teórico, hay que buscarlo, como muchas otras cosas, en los trabajos de Albert Einstein, quien en 1905 publicó un trabajo titulado ”Heurística de la generación y conversión de la luz”, popularmente conocido como Teoría del efecto fotoeléctrico.

Ese estudio tuvo tanta importancia en la Física que le valió al científico alemán recibir el Premio Nobel del año 1921, y no por la Teoría de la Relatividad, como muchos creen erróneamente. Dicho sea de paso, es incomprensible que la Teoría que más ha influido en la física teórica desde hace un siglo no tenga una sola mención en la lista de los Nobel.

El efecto fotoeléctrico explicaba cómo los fotones cuantos de luz, al impactar sobre la superficie de un metal o fibra de carbono, hacen que ésta emita un electrón, lo cual demostraba por primera vez que la luz transfiere energía a los electrones. Este fenómeno es lo que permite, por ejemplo, que usted pueda usar su pequeña calculadora con la luz como fuente de energía. Eso mismo es lo que hace funcionar los paneles fotovoltaicos que en algunos países desarrollados, sobre todo en áreas rurales, permiten almacenar electricidad para hacer funcionar la iluminación y los aparatos electrodomésticos de una vivienda.

Sin embargo, aunque es algo novedoso, se considera hasta ahora impracticable a nivel de todo un país para hacer funcionar todos los sistemas y fábricas que lo requieren. Tal vez la solución esté más cerca de lo que imaginamos, y sólo tendríamos que poner en práctica los descubrimientos realizados en los últimos tiempos para avizorar la luz al final del túnel. Claro, esto es más fácil de decir que de hacer.

Recientemente, circuló en la Red de redes una información basada en un trabajo publicado en la revista Nature Physics, sobre nuevas propiedades descubiertas al grafeno, relacionadas con el efecto fotoeléctrico, de ese material formado por átomos de carbono que promete transformar todos los terrenos de la tecnología y la ciencia durante el resto del siglo XXI.

El grafeno es una alotropía del carbono, consistente en un teselado hexagonal plano (como un panal de abeja) formado por átomos de carbono y enlaces covalentes. La alotropía es la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras químicas diferentes. Este material podría ayudar a crear computadoras más rápidas que las actuales, mejores pantallas táctiles e incluso ser utilizado en textiles y calzado.

Desde que el grafeno fuera producido en laboratorio por primera vez en 2004, el interés por sus extraordinarias propiedades ha desatado la imaginación de quienes se encargan de concebir y diseñar artilugios electrónicos, tecnológicos y químicos. El grafeno, en su realidad física, es algo así como el grafito (el material de los lápices), pero con un grosor infinitesimal y una estructura atómica hexagonal en forma de panal de abejas, que posibilita una flexibilidad y una resistencia asombrosas.

El aislamiento de este material revolucionario a temperatura ambiente le confirió el Premio Nobel de Física de 2010 a Andre Geim y Konstantin Novoselov, dos científicos de origen y formación académica rusa que pertenecen ahora a la Universidad de Manchester, en Gran Bretaña.

El material asombra por sus cualidades: peso ínfimo, elasticidad y dureza excepcionales (200 veces más duro que el acero), alta conductividad térmica y eléctrica y transparencia, y puede ser mezclado químicamente con otras sustancias para producir nuevos compuestos con otras propiedades. La lista es muy larga.

Ahora en un laboratorio de la Universidad de Zhejiang han logrado producir un gel de grafeno con la densidad más ligera que existe, de tal manera que un centímetro cúbico del material pesa tan sólo 0,16 milígramos. En medio de estos hallazgos, la revista Nature Physics dio cuenta de que científicos alemanes, norteamericanos y de la Universidad de Barcelona lograron demostrar que el grafeno emite varios electrones por cada fotón de luz recibido, algo nuevo en el efecto fotoeléctrico descrito por Einstein, en el que se emite un solo electrón por cada fotón.

Decir electrones es decir electricidad y de ahí a imaginar la construcción de paneles fotovoltaicos solares que produzcan energía con tanta eficiencia no hay más que un paso. Pero siempre debe pasar algún tiempo entre los hallazgos científicos y su aplicación práctica por parte de las industrias. Muchas trabajan ya en todo el mundo para extraer todas sus promesas al grafeno, lo cual ha desatado una carrera similar a la de la antigua fiebre del oro. La nueva propiedad descubierta a ese material no hará más que intensificar esa carrera. (1)

El nuevo material más ligero del mundo

Un equipo de científicos de la Universidad china de Zhejiang, en la ciudad de Hangzhou en el este de China, ha conseguido producir el material más ligero conocido en el mundo, un descubrimiento que los expertos colocan entre los más importantes de la ciencia moderna y cuyos usos serían múltiples. Expertos en Beijing señalan que esta espuma confeccionada con láminas de óxido de grafeno con nanotubos de carbono congelados en seco tendría gran utilidad en transistores, celdas solares y súper capacitores, así como en el control de la contaminación, solo para empezar.

Explicaron que esa espuma de nanotubos de carbono congelados en seco y láminas de óxido de grafeno a la cual se le extrae el oxígeno a través de un proceso químico tiene una densidad de 0,16 miligramos por centímetro cúbico, una ligereza tal que colocada sobre los pétalos de una flor no los daña. Para tener una idea, su peso representa un sexto de la del aire.El nuevo material producido por los científicos de Zhenjiang desplaza al aerografito, que con una densidad de 0,2 miligramos por centímetro cúbico se encontraba en la cima de los materiales súper ligeros realizados por el hombre. El aerografito fue desarrollado por científicos alemanes sobre la base de tubos de carbono porosos, con peso de 0,2 miligramos por centímetros cúbico, y de gran resistencia. (2)

Todas estas investigaciones y resultados tienen como punto de partida el descubrimiento de científicos de una universidad británica acreedores en 2010 del Premio Nobel por sus experimentos con grafeno o grafito (elemento del grafeno). Los científicos Andre Geim, holandés, y Konstantin Novoselov, británico-ruso, fueron premiados por sus experimentos en un nuevo material bidimensional (grafeno) de propiedades únicas y potenciales aplicaciones múltiples.

Desde entonces muchos son los investigadores que les han seguido buscando nuevos materiales ligeros a partir de grafeno o grafito, uno de sus elementos, como los alemanes en julio pasado y otros de Estados Unidos que produjeron en noviembre un material ligero, pero sobre la base del níquel. Todos estos, sin embargo, fueron superados por los científicos chinos, que lograron un material tridimensional explicado en un reciente trabajo publicado en la revista Nature firmado por Gao Chao, quien explicó que entre las cualidades más importantes de este nuevo material es su fácil fabricación.

Gao señaló que este material súper ligero fue producido usando soluciones liofilizadas, que eliminaron la humedad de los nanotubos y grafemas, pero que conservaban su integridad. Eso permite, agregó que pese a su aspecto frágil, el aerogel de carbono tenga una excelente elasticidad y poder de recuperación cuando se comprime.

Para el ciudadano común en China, un anuncio importante es que este novedoso elemento podría desempeñar un papel importante en la lucha contra la contaminación, quizá por su gran capacidad de absorción. Al respecto dijeron que mientras los productos actuales generalmente absorben alrededor de 10 veces su propio peso, este nuevo material puede absorber hasta 900 veces su propio peso.

Esta característica, a la que se une que un gramo de este nuevo material puede absorber 68,8 gramos de materia orgánica por segundo, lo convierte en medio ideal para el tratamiento de los vertidos de petróleo en el mar, la purificación del agua y la pureza uniforme del aire.

Notas:

1. Un grupo de expertos creó un material artificial que reproduce algunas de las mejores propiedades del grafeno y que aún es más fácil de modificar de manera controlada. El equipo en el que intervienen científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España obtuvo el material al distribuir ordenadamente moléculas de óxido de carbono sobre una superficie de cobre. Esto supone un paso de avance en la fabricación de materiales tan dúctiles como el grafeno, pero con propiedades "amplificadas o modificadas", indicó Francisco Guinea, del Instituto de Ciencias de los Materiales de Madrid, perteneciente CSIC. Los resultados de este estudio fueron divulgados en la revista Nature.

2. Investigadores de la Universidad Técnica de Hamburgo desarrollaron el material más ligero del mundo, conocido como aerografito, ya que está compuesto en un 99,99% de aire. Con una matriz de microscópicos tubos de carbono, completamente huecos por dentro y una densidad de apenas 0,2 milígramos por centímetro cúbico, el material es cuatro veces más ligero que los dos anterioriores clasificados como tal; el aerogel de nanotubos de carbono y la microretícula metálica ultraligera. El aerografito, además de poseer una resistencia extraordinaria, puede ser comprimido hasta reducir mil veces su tamaño y, al cesar la presión, regresar de inmediato a su forma original, destacan los expertos en un artículo divulgado en la revista Advanced Materials. También es capaz de soportar más de 40 mil veces su propio peso y es un excelente conductor de electricidad. Karl Schulte, uno de sus creadores, plantea que aunque es pronto para hablar de aplicaciones, una de las primeras podría estar en la fabricación de una nueva generación de pilas y baterías ultraligeras.

* Ilsa Rodríguez es corresponsal de Prensa Latina en Beijing y Julio Hernández, periodista de PL en La Habana.

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