Qué es el grafeno, cuáles son sus ventajas y para qué puede usarse

Puede que ya hayas escuchado hablar o leído sobre las baterías de grafeno o sobre el grafeno aplicado a la medicina, por ejemplo. Un material con muchas aplicaciones interesantes, muchos usos y muchas ventajas que harán que pronto se hable mucho sobre él… Desde 1930 que se conoce el grafeno y hasta hoy, el abanico de posibilidades es amplio y el grafeno se ha convertido en un material (o nanomaterial) que promete mejoras en las baterías, en dispositivos sanitarios, en componentes deportivos, en pantallas…

El grafeno no es el material del futuro porque hace años que ya se trabaja con él pero su desarrollo es lento y su principal inconveniente es que supone un coste más elevado que usar otras alternativas con las que ya trabajamos. Es por ello, entre otros motivos, que las aplicaciones tardan en convertirse en una realidad al alcance de todos aunque ya hay muchos usos en el día a día y se espera que se multipliquen en próximos años.

¿Qué es el grafeno?

Antes de preguntarnos cuáles son sus principales ventajas o cuáles son las aplicaciones o las aportaciones del grafeno a nuestro día a día, conviene repasar qué es. Es un nanomaterial (un material con dimensiones inferiores a una millonésima de milímetro) que está compuesto por una agrupación de átomos de carbono que están colocados con una configuración hexagonal. Similar a la que tendría un panal de abejas.

Es una capa de carbono que tiene sólo un átomo de espesor y se trata de un material con un grosor muy pequeño, considerado como bidimensional. Es decir, que ocupa sólo dos dimensiones en el espacio. En cada milímetro de grafito, como el que usas habitualmente en lápices escolares, hay tres millones de capas de grafeno. Tres millones de capas de un material con grandes propiedades y características que hacen que sea muy útil y con muchas aplicaciones en el día a día: es superconductor, es duro, es ligero, es resistente

grafeno

¿Cuándo se descubrió?

Ya en 1930 se habla del grafeno, no es una nueva moda. Se sabe que existe desde dicha década pero se abandonó como material ya que se consideraba demasiado inestable para trabajar en determinados campos. En 1986 empezó a considerarse como grafeno a las láminas de carbono del grafito. Fue muchas décadas después cuando Kostantin Novoselov y Andre Geim consiguieron aislado a temperatura ambiente, hecho que les valió el Premio Nobel de Física en 2010 y que a día de hoy nos permite múltiples aplicaciones o empresas especializadas en grafeno, en sus usos y en su distribución.

¿Cómo se obtiene el grafeno?

El grafeno es un mineral que necesita para conservar todas sus propiedades, ha de ser de la mayor calidad posible, porque cuanto peor sea menos aprovechable será.

Con el método tradicional de deshojar el grafito con cinta adhesiva, se obtiene el grafeno de mejor calidad, pero el proceso es lento y la productividad mínima, por lo que resulta insuficiente para la demanda que hay hoy en día.

El problema es que, hasta ahora, otro tipo de métodos para conseguir una mayor cantidad de este mineral, no han resultado efectivas ya que la calidad del mismo es realmente baja.

En la actualidad tenemos grafeno de dos formas.

  • Grafeno en lámina: que es el de alta calidad, muy empleado en electrónica e informática, puesto que en estos dos sectores se requiere de un material altamente resistente.
  • Grafeno en polvo: es de mucha menos calidad, el proceso de obtención es mucho más barato y hay mucha más producción.

Actualmente hay proyectos por todo el mundo, con científicos a la cabeza, tratando de solucionar la ecuación para conseguir este mineral con todas sus cualidades intactas, pero con un nivel de extracción que permita abastecer con suficiencia a la industria, lo que provocaría una bajada de precios que no tardaríamos incluso los usuarios. Pero desgraciadamente aún no se ha conseguido.

Características y propiedades

Hay muchas características que hacen que este sea un nanomaterial recomendable para todo tipo de usos y aplicaciones:

  • Es duro, con una dureza superior a la del diamante
  • Es resistente, cientos de veces más que el acero
  • Es muy ligero y un metro cuadrado pesa menos de un gramo. Es decir, el grafeno tiene un peso 200 veces menor que lo que pesa el acero
  • Es flexible, puede flexionarse sin sufrir daños
  • Es bidimensional. Es decir, cada capa es de un átomo de espesor. Es un material 100.000 más delgado que un pelo.
  • Es buen conductor térmico
  • Es buen conductor eléctrico
  • Es un material antibacteriano
  • Es transparente a la luz
  • Es más resistente al calor: se calienta menos que otros
  • Es repelente al agua y a la corrosión, es hidrófugo
  • Es capaz de reaccionar químicamente, formando compuestos nuevos
  • Es capaz de soportar la radiación ionizante, ideal para medicina
  • Es abundante, como hemos explicado en párrafos anteriores

Aplicaciones

Todas las características y ventajas anteriores hacen que el grafeno sea un elemento recomendable para muchos usos diferentes, desde la medicina hasta usos tecnológicos como mejores baterías, robótica o chips.

Baterías

Uno de los principales campos donde más vamos a disfrutar del uso del grafeno es en las baterías ya que nos permitirá tener hasta diez veces más capacidad pero también tener la batería lista y cargada en mucho menos tiempo. Aun así, parece un mito que nunca termina de llegar aunque llevamos años escuchando hablar de ellas… Ya hay compañías y empresas que están trabajando en baterías externas e internas de grafeno que se espera que lleguen aunque por el momento ningún fabricante ha conseguido dar el paso en el interior de teléfonos móviles aunque sí en alguna powerbank.

¿Por qué no han llegado aún? Por ahora las baterías de litio cumplen su función y cada vez los teléfonos móviles nos aportan mejor autonomía y cargas más rápidas… Puede que en unos años esto resulte insuficiente y haya que recurrir al grafeno pero, por el momento, usar baterías de grafeno en móviles supondría una inversión en recursos y un coste más elevado que repercutiría en el precio final aunque sí hay empresas que ya trabajan en ello.

batería grafeno real graphene

Aunque sea poco común en fabricantes de móviles, sí hay algunas baterías que prometen ser el principio. Es el caso de una batería de la marca Real Graphene presentadas en 2020 (la segunda empresa tras Apollo) y que nos permite tener una batería de 3.000 mAh cargada en 20 minutos con un cable normal, sin tecnología de carga rápida. Además, aguantaría unos 1.500 ciclos con la misma capacidad frente a los 300 o 500 ciclos actuales de la mayoría de baterías. El problema está, como hemos dicho, en el coste que sería un 30% adicional al actual. Pese a ello, ya puedes encontrar baterías de grafeno externas en Amazon con 10.000 mAh de la empresa aunque habitualmente estarán agotadas.

Drones

Algunos drones ya utilizan baterías de grafeno que permite que sean más ligeras y más duraderas. Reduce el tiempo de carga y se espera que sea “el futuro” de los drones para que no tengan tantas limitaciones como actualmente. Los problemas son los mismos que en el caso de los teléfonos móviles: los precios de las baterías son muy superiores a las de litio y aún son escasas así que hace falta aún más desarrollo para que estén a la misma altura y puedan usarse unas y otras indistintamente.

Drones

Pantallas flexibles

Otro de los usos más esperados del grafeno es el de las pantallas flexibles. El grafeno es totalmente transparente y también tiene capacidades flexibles por lo que es una excelente opción en caso de paneles plegables para móviles.

pantallas de grafeno

Auriculares y audífonos

Más allá de en los discos duros, también lo vemos en auriculares de calidad que han lanzado algunas marcas (como Xiaomi, por ejemplo) que incluyen pequeños componentes de este material en su interior: desde la Universidad de Exeter ya se tratan con grafeno para limitar la vibración y conseguir un sonido más nítido y un dispositivo más resistente en auriculares. Esta aplicación sería también ideal para el campo de los audífonos de grafeno con mejor calidad y con un tamaño y peso que puede ser mucho más reducido que los normales.

auriculares grafeno

Conexión a Internet

Aunque te parezca impensable, también puede ser un buen avance a la hora de conectarnos a internet y ya hace varios años que se habló de esta tecnología para sustituir a la fibra y que nos permitiría mayores velocidades aunque esto está lejos de globalizarse por el momento pero sus propiedades podrían ser muy interesantes de cara al futuro de Internet. Desde la Universidad de Cambridge hace diez años que trabajan en esto: en 2011 los investigadores consiguieron demostrar que el grafeno era capaz de captar una gran cantidad de luz y esto lo convertiría en una buena opción a la hora de crear cables que serían capaces de transmitir información muchísimo más rápido que en la actualidad: Internet sería más veloz que ahora.

Fibra oscura

Cámaras fotográficas

En la fotografía, el grafeno sería un componente que ayudaría en los sensores permitiéndonos que el resultado sea mejor con poca luz. Según investigadores de Singapur, un sensor hecho de grafeno en fotografía aumentaría la sensibilidad del dispositivo unas mil veces con respecto a las tecnologías actuales que usan muchos fabricantes, como son CMOS o CCD.

RAW vs JPEG

Medicina y equipos sanitarios

Uno de los ámbitos en los que el grafeno tiene mayor futuro es en el sanitario donde se puede crear todo tipo de sensores. Además, ya son algunas empresas y compañías que trabajan con sensores de grafeno. Otro de los puntos fuertes en este ámbito es que se trata de un material capaz de soportar la radioactividad por lo que es adecuado para medicina de diagnóstico o tratamiento de enfermedades.

Por ejemplo, podría usarse para mejorar las resonancias pero también puede ser útil para aplicaciones ortopédicas o incluso en prótesis dentales gracias a que tienen mejor durabilidad y reducen la proliferación de bacterias, por ejemplo. Aun así, como en el resto de campos, el coste del material sigue siendo un obstáculo aunque en este apartado el inconveniente es menor gracias a la poca cantidad de grafeno que se emplearía.

Iluminación

La óptima conducción eléctrica que proporciona el grafeno, hace que este material también tenga su aplicación en el mundo de la iluminación. También destaca aquí su capacidad para aguantar el calor, lo que le convierte en un elemento más resistente a las altas temperaturas que requieren muchos dispositivos de luz. Estos dos aspectos, conductividad y resistencia al calor, se aglutinan en las bombillas de grafeno, lo que amplía aún más su vida útil. Además, pueden llegar a consumir incluso menos energía que las luces LED.

bombillas grafeno

Aunque la explosión de este material aún está por llegar, son varias las marcas que ya han experimentado ampliamente con el grafeno en busca de nuevo horizontes comerciales. Es el caso de la firma QIRUI que, desde hace tiempo comercializa estas bombillas. También en grandes y conocidas plataformas de venta podemos encontrar estos productos.

Colchones y almohadas

Por raro que parezca, también podemos mejorar nuestro descanso gracias al grafeno. Y es que ya se puede encontrar en el mercado colchones y almohadas fabricadas con material viscoelástico de grafeno.

Resulta que el grafeno, a pesar de su alta conductividad, llevado a este campo es capaz de eliminar la electricidad estática que se produce con el roce de nuestro cuerpo sobre el colchón. Mejora incluso las propiedades viscoelásticas ya presentes en el polímero sintético habitual (se amolda aún mejor al cuerpo y recupera la forma original con más facilidad cuando no se utiliza).

grafeno

Otros usos del grafeno:

  • En arquitectura para edificios o para carreteras o construcciones civiles
  • Para todo tipo de transportes y vehículos: desde los pequeños drones ligeros hasta coches más resistentes, barcos, aviones, trenes, motos
  • En el ámbito de la energía: muy interesante para energías limpias gracias a la capacidad de generar electricidad con energía solar
  • En ropa deportiva y equipamiento como palas de padel, por ejemplo, o componentes para bicicletas mucho más resistentes y ligeros.
  • En la industria alimentaria también puede usarse o aplicarse: nos permitiría crear nuevos envases de alimentos más seguros
  • En el tratamiento de aguas también se estudia el uso del grafeno para, por ejemplo, ayudar a la desalinización gracias a su permeabilidad.
  • Protectores antibalas gracias a la dureza y la resistencia del material

Desventajas del grafeno

Pero a pesar de los múltiples usos a los que ya se está aplicando, el grafeno también ofrece algunas desventajas. Eso implica que, hoy en día, no esté quizás tan extendido como se pensaba algunos años.

Uno de los principales hándicaps que presenta es el alto coste de su fabricación y manipulación. Además, las tendencias económicas dicen que a corto plazo será complicado que su uso se popularice. Hay estudios que afirman que, en el año 2025, el mercado del grafeno moverá en torno a 350 millones de dólares. Se trata de una cantidad muy pequeño con respecto a las altas inversiones que se están haciendo (se superan ampliamente los 2.400 millones).

Aunque las previsiones han mejorado estos últimos años y seguirán mejorando en los venideros, aún queda trabajo por hacer. Es complicado que el grafeno en una alternativa competitiva y rentable en el mundo tecnológico y electrónico. Antes de que esto pase, deberán desarrollarse formas mucho más eficientes de producir grafeno en masa.

Haciendo una revisión por la red, seguro que a todos nos cuesta hallar información negativa acerca del grafeno, pero es evidente que existe. Por ejemplo, algunos científicos también lograron probar hace algunos años que este material era nocivo para la salud si no se trata como con acierto. Al parecer, los bordes dentados del material pueden perforar las membranas celulares y la piel de personas.

Asimismo, el grafeno tiene efectos secundarios sobre el medio ambiente. Por ejemplo, además de causar en los animales un daño similar al de las células humanas, puede moverse sin problemas a través del agua y contaminarla.

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