Utilidades del Grafeno

Desde procesadores escandalosamente rápidos hasta cámaras fotográficas mil veces mejores que las actuales. El grafeno parece servir para casi todo.

En FayerWayer hemos hablado mucho del grafeno, sustancia que fue creada gracias al trabajo de Andre Geim y Konstantin Novoselov, científicos que ganaron el Premio Nobel de Física en 2010 gracias a que consiguieron aislar el material a temperatura ambiente. Esto permitió que su creación fuera más fácil de lo que se teorizaba décadas antes, lo que llevó a consecuentes pruebas que dieron cuenta de las múltiples propiedades que poseía el grafeno.

En la teoría, aparte de los principios químicos y físicos complicados involucrados, el grafeno no es más que una lámina de átomos de carbono en su estado puro, ordenados en un patrón hexagonal que se van repitiendo a lo largo de toda la superficie que se busca crear, en una suerte de "red atómica" que los une firmemente unos con otros.

Esta disposición de átomos resulta en que el grafeno sea unas 200 veces más duro que el acero, al mismo tiempo que es un gran conductor eléctrico, puede ser transparente cuando se quiere, tiene una elasticidad y flexibilidad envidiables pese a ser tan duro, llega a ser tan ligero como el carbono, transporta de manera muy veloz electrones, consume menos energía cuando se fabrican y hacen funcionar transistores con él y hasta se repara solo cuando su estructura es dañada.

Es por esto que en la práctica sus aplicaciones son casi infinitas y muchas de ellas están relacionadas al área de la tecnología, lo que despierta el interés de nosotros y toda la comunidad científica y tecnológica por ver cómo, en un futuro muy cercano, el grafeno llegará a revolucionar nuestras vidas si es que las siguientes aplicaciones se convierten en productos de venta masiva en la vida real.

Procesadores a gran frecuencia

Una de las primeras aplicaciones de conocimiento público llegó por parte de IBM, cuando la empresa reveló que trabajaba en el desarrollo de procesadores basados en grafeno, logrando además la creación de circuitos integrados completos, reemplazando así al silicio como material básico para su fabricación.

Como el grafeno consume menos energía que el silicio al realizar las mismas tareas, aporta a solucionar uno de los problemas a los que se enfrentan los procesadores para computadoras: la disipación de calor. Porque mientras más energía gaste una CPU, GPU o cualquier clase de procesador, más calor generará y se hará más inestable de utilizar hasta que el material ya no resista.

Y en esto mucho tiene que ver la frecuencia a la que funciona un procesador. Porque a mayor frecuencia, mayor será el gasto energético y por ende la generación de calor. En la teoría, un procesador de silicio actual puede llegar hasta los 40GHz en frecuencia, pero si reemplazamos el silicio por grafeno para crear los transistores que dan vida a una CPU, se podría llegar hasta los 1.000GHz, lo que ciertamente representa una mejora respecto a la realidad actual.

Pantallas táctiles flexibles

Al ser capaz de conducir electrones de muy buena forma casi sin calentarse en el proceso, investigadores de la Universidad de Texas y la Universidad de Corea del Sur descubrieron que una lámina de grafeno puede usarse en el desarrollo de pantallas táctiles, aprovechando el hecho de que una lámina de grafeno puede ser totalmente transparente, ideal para colocar por sobre un panel de pixeles sin disminuir el brillo de su retroiluminado.

Además, esa delgada lámina de grafeno sensible a la conducción eléctrica y que captaría nuestros toques puede ser muy flexible, aportando a lo que podrían ser futuras pantallas táctiles flexibles, lo que bien podría acompañarse de la tecnología OLED flexible para el desarrollo de esta clase de tecnología.

Cables de alta velocidad

Investigadores de la Universidad de Cambridge lograron que el grafeno fuera capaz de captar una gran cantidad de luz, lo que se puede utilizar en la creación de cables de fibra óptica muy veloces que se benefician de otra de las propiedades del material: los electrones se desplazan rápidamente en él.

Así, se prometen cables de grafeno que podrían mover información cientos de veces más rápido que uno actual, lo que podría implementarse en el área de las telecomunicaciones para la instalación de redes más veloces, aumentando así la capacidad y rapidez de Internet, la telefonía móvil y en definitiva, todas las comunicaciones que se llevan a cabo sobre nuestro planeta.

Súper-baterías

Quizás uno de los descubrimientos más emocionantes es el relacionado al campo de las baterías, donde hoy en día la tecnología permite dispositivos que funcionan durante pocas horas hasta requerir de una carga eléctrica que puede durar otras varias horas, degradando la experiencia de uso en teléfonos móviles, tabletas y computadoras portátiles.

Pero se está desarrollando una tecnología que utiliza grafeno y muestra dos propiedades que darán vuelta a la industria de las baterías: diez veces más capacidad de almacenamiento de energía y una reducción de diez veces en el tiempo de carga para la misma.

Esto sin duda revolucionaría los dispositivos móviles. ¿Se imaginan un smartphone que dure diez días encendido sin necesitar carga? ¿O una laptop con autonomía energética de 70 horas?

Audífonos y parlantes más que profesionales

Qin Zhou y Alex Zettl son dos científicos de la Universidad de California que quieren revolucionar el mercado del audio gracias a sus audífonos y parlantes de grafeno. La idea es crear un diafragma hecho de grafeno que se coloque en medio de dos electrodos para crear un campo magnético, tras lo cual el grafeno vibra y produce sonido.

Según los investigadores, sin mucho trabajo posterior para "afinar" los audífonos y darles un tratamiento especial, se consiguió un sonido a la par de productos actuales de alta calidad. Y como el diafragma de grafeno utiliza una lámina que es muy delgada, el tamaño y peso del producto también puede ser muy reducido, por lo que podrían crearse audífonos de alta calidad que al mismo tiempo sean muy portátiles.

Pintura para casas que absorbe energía

¿Paneles solares? Pueden ser cosa del pasado. Porque investigadores de la Universidad de Manchester crearon un material basado en el grafeno capaz de absorber la energía emitida por el sol para transformarla en energía utilizable dentro del hogar, sólo que no se necesitaría de un grosero y pesado panel sobre el techo, ya que se requiere sólo de una fina capa que hasta puede ser utilizada como pintura en la fachada.

Esto permitiría ampliar la superficie útil para captar la energía, al mismo tiempo que puede tener una utilidad estética ya que el material cambia de color. Y el dispositivo fotovoltáico conseguido es tan o más eficiente que la tecnología actual en paneles solares, pudiéndose solucionar el tema energético en zonas donde es difícil ubicar un tendido eléctrico convencional.

Cámaras fotográficas mil veces más sensibles

Una cámara fotográfica actual está compuesta, básicamente, de un lente por el que pasa la luz y que luego llega a un sensor, captándola y transformándola en información digital. Lo que investigadores de la Nanyang Technological University en Singapur lograron fue crear un sensor hecho de grafeno, aumentando la sensibilidad del dispositivo unas mil veces en relación a las tecnologías actuales CMOS o CCD.

Estamos hablando de una mejora escandalosamente alta para lo que son sensores utilizados en cámaras profesionales y compactas, permitiendo mejores capturas en condiciones de poca luz y en general para cualquier ocasión. Además, estos nuevos sensores de grafeno consumen diez veces menos energía y son cinco veces más económicos de producir en masa que los convencionales, por lo que más que interesante, su llegada al mercado se nos hace casi necesaria.