Grafeno, Probable Reemplazo Del Cobre[1]

Plan De Tesis

Grafeno, Futuro reemplazo del cobre

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE ELECTRÓNICA

INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL ELECTRÓNICA

ELÉCTRICA

DE

Y

INGENIERÍA

PLAN DE TESIS ―GRAFENO; EL MATERIAL DEL PROBABLE REEMPLAZO DEL COBRE.‖ AUTOR ASESOR

FUTURO;

: CARRILLO GONZALES, JEAN POOL 1223220571. : Ing. ALFARO RODRÍGUEZ CARLOS HUMBERTO

CALLAO – PERÚ JULIO 2013

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ÍNDICE CARÁTULA……………………………………............….…………...........……1 ÍNDICE………………….………………………………...........…................……2 INTRODUCCIÓN…………………………………………...……....................…5 I.

PLANTEAMIENTODEL PROBLEMA…………………..................................................................8 1.1 Determinación del problema………………….................................................….........…8 1.2 Formulación del problemas……....……………….............................…................……9 1.2.1

Problema General………...…………..................................….…….…9

1.2.2

Sub-problemas…………………....……........………....….…9

1.3 Objetivos de la investigación……………....……….........................…....……...…..…9 1.3.1

Objetivo General………………..………..........………….................…9

1.3.2

Objetivos Específicos…………....…………...............……………..….10

1.4 Justificación………………………....…………..........…………..…….10 1.4.1 Limitaciones y facilidades………………………………...........……..……...……..11 1.4.2 Delimitaciones de la investigación……..........……………………..……....…..…….......11 1.4.2.1 Delimitación espacial…………...........……………………..………......……......11 1.4.2.2 Delimitación temporal…………..….......................................................…….…...……11 1.4.2.3 Delimitación social…………….......……...............................................……….………11 1.5.2

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Facilidades…………………………..............................……...…13

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II.

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FUNDAMENTO TEÓRICO……………………...............……………………………….......13 2.1 Antecedentes de la Investigación…..........……........…………........................................13 2.2 Marco conceptual……………………….......................................................16 2.3 Marco Teórico……………………………...........…...........................……....23 2.4 Definición de términos……………………...............……………………..................26

III.

HIPÓTESIS……………………………............................................…....28 3.1 Hipótesis General………………………..........................................……….…..28 3.2 Sub – Hipótesis………………………...............…................………….…....28

IV.

METODOLOGÍA………………………….................…...........................29 4.1 Relación entre las variables de la investigación……...........................................................……..........29 4.2 Operacionalización de variables…………………..........................................………............30 4.3 Tipo de investigación……………………..….................................................31 4.4 Nivel de Investigación………………..............................................................32 4.5 Etapas de la investigación………….....................................................................32 4.6 Población y Muestra…………………..................................................................34 4.7 Técnicas e instrumentos de recolección de 4.8 datos...............................................................................................34

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4.8 Serie de Articulos sobre el Grafeno………………………………..35 FUENTES DE INFORMACIÓN......…………………………........................................81 Fuentes bibliográficas…………….......................................................81

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INTRODUCCIÓN

El cobre abunda, por lo que es una opción relativa comparada con otros buenos conductores, tales como el oro y la plata. Es dúctil aunque relativamente fuerte, los fabricantes pueden transformarlo fácilmente en alambre fino que resista la fractura. El cobre tiene mayor conductividad eléctrica y térmica que la mayoría de los metales, puede transportar electricidad y calor con una considerable eficacia y relativa seguridad, especialmente en comparación con otras alternativas tales como el aluminio.

Al seleccionas un buen conductor, los fabricantes van en busca de algo más que el mecanismo de conductividad eléctrica. El alambre de cobre usado como un conductor tiene beneficios prácticos. Es un material barato, seguro y fiable que ha demostrado dichas cualidades durante más de un siglo de aplicaciones comerciales, desde los primeros telégrafos hasta las súper computadoras modernas. ¿Existen otros materiales conductores eléctricos?

que

puedan

ser

utilizados

como

Sí, casi todos los materiales conducen la electricidad en un cierto grado. Pero para ser un serio candidato a ser utilizado como conductor eléctrico, un material debe combinar una conductividad muy alta con pocas pero importantes características mecánicas. Por esa razón, prácticamente, los materiales más utilizados como conductores son los metales. Los llamados superconductores son materiales especiales que tienen, en ciertas circunstancias específicas, una conductividad eléctrica casi perfecta. Algunos de los materiales superconductores son aleaciones

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de cobre. Los superconductores deben ser operados a muy bajas temperaturas (temperaturas inferiores a - 200º C para algunos materiales) y eso es muy difícil desde el punto de vista práctico en un gran sistema. Europa, por ejemplo, tiene 7 millones de kilómetros entre líneas y cables de electricidad, imagine tratar de mantenerlos a -200 º C . Esto no sólo es virtualmente imposible, sino que además requeriría de una gran cantidad de energía para mantener el enfriamiento. Los superconductores, sin embargo, son muy útiles en circunstancias específicas, por ejemplo, donde debe ser transportada una gran cantidad de energía eléctrica o dónde los espacios son limitados, como es el caso de grandes áreas urbanas con gran densidad de energía, y en subestaciones de transmisión. Aparte de los superconductores, cuatro metales sobresalen por su gran conductividad: la plata, el oro, el cobre y el aluminio. Debido a que la plata y el oro son demasiado costosos, el cobre y el aluminio son los principales candidatos. Otros metales tienen mucha mayor resistencia, por lo que son menos pertinentes.

La resistencia del aluminio es 65% más alta que la de cobre. Como resultado de esto, para conducir la misma corriente eléctrica, un cable de aluminio necesitará una sección transversal un 65% más grande que la de un cable de cobre. Pero esa no es toda la historia. Además de menos conductivo, el aluminio es tres veces más liviano que el cobre. Como resultado de esto, el cobre y el aluminio tienen cada uno sus propias áreas de aplicación. El cobre posee excelentes características que lo convierten en el conductor por excelencia en equipos eléctricos. Mecánicamente, es un material más fuerte que el aluminio, y consecuentemente más durable. Esto es especialmente verdadero para aplicaciones en entornos exigentes, tales como guarniciones de alambre para coches, alambre magnético para motores eléctricos o cables de poder en

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entornos

industriales.

Además, posee un bajo coeficiente de dilatación térmica, que implica una baja expansión cuando se calienta; esto implica proveer menos espacio libre para la expansión del material en los equipos. El cobre, además, tiene una mayor capacidad térmica que el aluminio (cuando se hace referencia a unidad por volumen), lo que significa que se puede

disipar

más

calor

durante

procesos

pasajeros.

Los diseños en cobre generalmente derivan en aplicaciones eléctricas más compactas. Esta compactación, además, economiza en los materiales no conductores del aparato. Como resultado, un diseño basado en el uso de cobre puede terminar siendo más liviano que su equivalente en aluminio, a pesar del mayor peso específico que tiene el cobre.

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I.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1

Determinación del problema

Actualmente sabemos que uno de los mejores conductores de la electricidad y principal material en el uso de cableados de las grandes empresas, es el cobre,

Es el que posee menor resistencia eléctrica por ello mayor gran conductividad eléctrica, sumado a ello el bajo costo que produce el uso de este material.

A pesar de ello, hoy en día sabemos que existe un material 400 veces más duro que el acero, tan flexible como una goma, capaz de transformarse en pequeños hilos conductores de corriente eléctrica mucho más eficiente que el cobre y aluminio, El GRAFENO.

Incluso se menciona por medio de los científicos descubridores, Andréy Gueim y Konstantín Novoslovóv quienes ganaron en 2010 el premio nobel de física; lograron aislarlo y sintetizarlo, punto en el cual descubren que este material puede ser incluso mucho menos costoso su elaboración como hilo conductor de electricidad. Los especialistas señalan que la industrialización y comercialización del grafeno producirá una verdadera revolución tecnológica y económica durante la primera mitad del siglo XXI.

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1.2 Formulación del problema

1.2.1

Problema General

¿Es posible industrializar a gran escala el grafeno, extraerlo, tanto como sintetizarlo en hilos conductores de corriente eléctrica y comercializarlo a gran escala en todo el mundo reemplazando al cobre?

1.2.2

Sub – Problemas  ¿Las Empresas estarán dispuestas a invertir en la extracción y la síntesis del Grafeno?  ¿Sabiendo que prácticamente no se rompería jamás los hilos conductores debido a la gran dureza del material, los empresarios estarían dispuestos a comercializarla?  ¿De aceptar comercializarlo, el precio colocado estaría al alcance de todos?

1.3 Objetivos de la investigación

1.3.1

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Objetivo General

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Poner en conocimiento que probablemente en un futuro no muy lejano (5 o 10 años) sea posible la industrialización y reemplazo total del cobre por el grafeno. Y dejar en claro que el grafeno no solo tiene esa propiedad de conductividad eléctrica sino también su dureza, flexibilidad y aplicaciones en nanotecnologías (Microchips). 1.3.2

Objetivos específicos  Motivar al estudio sobre este interesante material que es el grafeno, ya que no ha sido sintetizado en su totalidad según dicen sus descubridores.  Observar su importante aplicación en la tecnología actual y en la vida cotidiana.  Promover su extracción y comercialización a gran escala.

1.4 Justificación En el año 2010 se otorgó el premio Nobel de Física a los científicos rusos Andréy Gueim y Konstantín Novoslovóv por sus aportes, experimentos y trabajos con el grafeno (que es un compuesto del carbono) donde lograron aislarlo, sintetizarlo y probar su gran conductividad eléctrica. De hecho la Academia Sueca cuando anunció el Nobel para los científicos rusos señaló, a propósito del grafeno, que: ―como conductor de electricidad rinde tanto como el cobre. Como conductor de calor rinde más que cualquier otro material. Es casi totalmente transparente y muy denso‖. Si bien desde un punto de vista científico, la sustitución del cobre por el grafeno – como conductor de electricidad – ya es posible, todavía faltan algunos años para que sea una tecnología aplicada, y otros años más para que sea una industria instalada. El problema es que no se puede determinar en qué plazos pueden ocurrir dichos procesos y cualquier guarismo de años es meramente especulativo. Por lo anterior, tiene que haber un estricto seguimiento de la evolución del conocimiento sobre el grafeno. Los diversos actores vinculados al mercado del cobre ya lo están haciendo.

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En tal sentido, el grafeno debiese ser un tema de preocupación en el diseño y elaboración de las políticas públicas relacionadas con el cobre y, en cierta forma, potencia el debate sobre la renacionalización del cobre. En efecto, entendiendo la renacionalización del cobre como un debate sobre una nueva política hacia la utilización del cobre, que implique un rol más activo del Estado, cuyo estatuto jurídico debe considerar la protección de dicho recurso para fortalecer un modelo de desarrollo conforme a los intereses de la mayoría del país y no de los grupos económicos, el grafeno nos plantea la urgencia del debate. Actualmente, casi el 80% del cobre se utiliza en usos eléctricos y electrónicos. Si bien no es el único conductor de electricidad presente en el mercado, es sin duda la industria más eficiente – hasta el momento – para satisfacer las demandas en el área.

1.5 Limitaciones y facilidades

1.5.1

Delimitaciones de la investigación

1.5.1.1 Delimitación espacial

El trabajo de Investigación se realizará en base a información suministrada en internet, profundamente redactada y ordenada.

1.5.1.2 Delimitación temporal

El desarrollo de la presente investigación abarcó el periodo del mes de junio – julio.

1.5.1.3 Delimitación social

Uso y conocimiento de todos los científicos del mundo interesados en el estudio de nuevas tecnologías. (Chips, paredes invisibles, construcciones de gran resistencia,… etc.) .

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o Variable Independiente:

Grafeno:

Sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal similar al grafito, pero en una hoja de un átomo de espesor. Es muy ligero, una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan sólo 0,77 miligramos. Es

un alótropo del carbono,

(como panaldeabeja)formado

un teselado hexagonal plano

por átomos de carbono y covalentes

que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.

o Variable Dependiente: Probable reemplazo del cobre:

Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad

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eléctrica, ductilidad y

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maleabilidad,

se

ha

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convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

1.5.1.5 Facilidades

Para el desarrollo de la investigación se cuenta con el tiempo necesario, el acceso a las fuentes de información y la disponibilidad total para la lectura de cada artículo revisado.

II.

FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1 Antecedentes del estudio

La Academia Sueca de Ciencias otorgó el Premio Nobel de Física 2010 a los científicos –de origen ruso– Andrei Geim (51) y Konstantin Novoselov (36), por haber aislado el grafeno –―graphene‖, uno de los compuestos del carbono– en los laboratorios de la Universidad de Manchester en 2004. La Academia señaló que se le había otorgado el Premio Nobel a Geim y Novoselov ―por experimentos innovadores en relación al grafeno, material de dos dimensiones‖. Si bien desde antes se sabía teóricamente que este compuesto del carbono podía existir, nadie había logrado aislarlo y sintetizarlo. Más aún, se creía que el grafeno, si se sintetizaba, podía ser inestable. Geim (quien se propuso aislar el grafeno) y Novoselov (quien diseñó un original método para aislarlo) lograron sintetizar el grafeno en 2004

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y demostraron que el producto obtenido si era estable. Tan sólo seis años después de aislar el grafeno se les concedió el Premio Nobel por su contribución –lo que es raro, ya que porque por lo general se demoran decenios en reconocer estos aportes científicos– pero la Academia Sueca supo desde un principio que el descubrimiento del grafeno está abriendo una nueva era en la historia de la ciencia, de la tecnología

y

de

la

economía

mundial.

Ahora surge una nueva dimensión del carbono con el aislamiento del grafeno, que promete inducir diversas aplicaciones en todos los campos, que podrían ser infinitas. Cabe destacar que el carbono es un elemento químico tan versátil que es el responsable de los compuestos orgánicos vivos y de la vida humana (originador del ADN), de materiales blandos y baratos como el carbón y el grafito, como también de materiales cristalinos y duros como el diamante.

La síntesis del grafeno está llamada a ser la contribución científica más relevante de la historia de la humanidad desde la invención de la rueda y del descubrimiento del ADN, tanto es así que podría abrirse paso a una nueva revolución tecnológica, superior a la que gatilló el surgimiento

de

internet.

¿Por

qué?

El grafeno podría usarse en innumerables aplicaciones, alterando la estructura de costos de toda la industria y de los servicios globales, en virtud

de

las

siguientes

propiedades:

• Conductividad térmica única, superior a la de cualquier otro material. •

Conductividad

eléctrica

• Potente • Resistencia

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tan

potente

como

elasticidad

200

veces

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la

del

y

superior

a

cobre.

dureza.

la

del

acero.

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• Su capacidad para generar reacciones químicas con otras sustancias originaría compuestos de propiedades nuevas, que le darían una aplicación industrial insospechada y de potencial inimaginable. • Es

ligero

y

extraordinariamente

flexible.

• Tiene un ―Efecto Joule‖ más moderado, o sea, se calienta menos al conducir los electrones. Es más eficiente que el silicio, ya que consume menos electricidad, a la hora de realizar la misma función. • Es tan 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.

• Otro sinnúmero de propiedades físicas, químicas y electrónicas, que convertirían al grafeno en una fuente de nuevos cambios tecnológicos que

abrirían

una

nueva

era.

Por ahora, se sabe que el grafeno podría utilizarse como componente de los circuitos integrados. Se estima que la principal aplicación del grafeno sería reemplazar al silicio en muchos transistores y microprocesadores. La IBM ya anunció que había construido microprocesadores

y

transistores

con

grafeno.

Aún es incierto el alcance, magnitud y diseminación de la revolución tecnológica que originaría el grafeno. Los plazos asociados al cambio tecnológico son una gran incógnita y también lo son las industrias y los servicios que se verían impactadas. Es pertinente señalar decir que el grafeno podría inducir una nueva espiral de crecimiento económico similar a la que generó la revolución industrial en el siglo XIX, la electricidad post guerra de secesión en Estados Unidos o la

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informática e internet en la segunda mitad del siglo XX. Es el compuesto del siglo XXI.

2.2

Marco conceptual:

En la primera semana de octubre de este año los participantes del mercado del cobre estaban reunidos en su reunión anual en Londres. Los productores estaban eufóricos. Las perspectivas para el mercado no podían ser mejores. Gracias al balance con significativo déficit entre oferta y demanda global –para 2011-2015– se podía esperar varios años de altos precios. Los constructores, los inversionistas en telecomunicaciones y los consumidores industriales de cobre estaban resignados. En medio de este desbordante optimismo, la Academia Sueca anunció el Nobel para Geim y Novoselov por haber aislado el grafeno. El comunicado de la Academia señalaba que: ―El grafeno es una forma de carbono. Como material, es completamente nuevo, no sólo es el más delgado –su ancho tiene la dimensión de un átomo– sino que también es el más duro y resistente. Como conductor de electricidad rinde tanto como el cobre. Como conductor de calor rinde más que cualquier otro material. Es casi totalmente transparente y muy denso. El carbono, la base de toda la vida en la tierra ha sorprendido una vez

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más‖.

Tan sólo algunos participantes de la industria de producción y de consumo de cobre –los más especializados que trabajan en laboratorios y en áreas de desarrollo– sabían de la existencia del grafeno. Es pertinente decir, incluso, que más del 99% de la población mundial –e incluso muchos de los participantes del mercado del cobre–

jamás

había

escuchado

la

palabra

―grafeno‖.

Sin embargo, la mención de la Academia Sueca de que el grafeno era tan excelente conductor de la electricidad como lo es el cobre alarmó a los especialistas del mercado de productores. Desde entonces, con la más absoluta discreción, proliferaron las llamadas de los actores del mercado cuprífero a científicos y a ingenieros especialistas en tecnología, electricidad y en física cuántica y del estado sólido, con el objeto de verificar el alcance y la magnitud de una eventual sustitución del cobre por el grafeno.

Cabe señalar, en todo caso, que el aislamiento del grafeno no se hizo con el objetivo de sustituir al cobre.

Simplemente se detectó que el grafeno tiene las propiedades necesarias para sustituir al cobre en la conducción eléctrica que, en principio, se concentraría en los microcircuitos, por la vía de la introducción de los ―nanotubos‖, uno de los componentes cuasiunidimensionales del grafeno. En el resto de la conducción eléctrica, la sustitución sería posible, pero faltaría aún más tiempo –¿Decenas de años tal vez? – para concretar las aplicaciones tecnológicas.

La pregunta que surgió en Londres y que aún ronda en el mercado es: ¿Hasta que punto el grafeno es una amenaza de sustitución para el cobre? Por ahora, los participantes de la minería del cobre respiran

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tranquilos porque el déficit global de cobre persistirá en los próximos cuatro años. Además, aún es temprano para determinar el alcance de los cambios tecnológicos en la conducción de la electricidad. Sin embargo, en estos tiempos, los cambios tecnológicos corren rápido. Los productores –y los demandantes– no saben que podría pasar con el consumo global de cobre a partir de diez años más, en medio de la introducción masiva del grafeno. Puede que las aplicaciones del grafeno se concentren en áreas diferentes a la conducción eléctrica –bueno para el cobre– o bien, se desarrolle toda una industria de conductores eléctricos en base al nuevo compuesto del carbono. En el intermedio, podría haber varias combinaciones.

Casi el 80% de la demanda global de cobre (15 millones de las casi 19 millones de TM de cobre que se consumen en el mundo) se destina a usos eléctricos de sistemas de potencia o bien a usos electrónicos. De allí surgen las aprensiones respecto de la amenaza de las aplicaciones originadas por el grafeno, que tiene el atributo de ser un excelente conductor eléctrico. Los usos electrónicos del cobre y en los sistemas de potencia y transmisión eléctrica de baja tensión (en transmisión de alta tensión ya fue sustituido por el aluminio) representan la parte medular del consumo de cobre.

Hasta ahora, a pesar de ser más barato y liviano, el aluminio no ha sido capaz de penetrar en el mercado del cobre en los usos electrónicos y eléctricos de baja tensión porque es conductivamente menos eficiente y se sobrecalienta. Por otra parte, la fibra óptica, que también surgió en los ‗70 como sustituto en redes telefónicas, tiene aplicaciones limitadas y en muchos usos es muy cara para sustituir al cobre. Los superconductores (otra alternativa de sustitución) no fueron capaces de desarrollar una tecnología que pueda sustituir al cobre en forma eficiente.

Por otra parte, el cobre también tiene usos mecánicos tales como las

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tuberías para agua caliente y el aire acondicionado. En tuberías para agua fría, el cobre está siendo reemplazado por el PVC, que es mucho más barato, aunque los plásticos son estimuladores de la producción de bacterias. En tuberías para agua caliente el cobre aún tiene presencia relevante. Hay desarrollos emergentes para el cobre, tales como los autos híbridos y las jaulas para salmones. En este último caso, se aprovechan las propiedades bactericidas del cobre, lo que lo hace cada vez más demandado desde el punto de vista de la conservación ambiental. La utilización del grafeno como sustituto del cobre orientado a usos mecánicos es aún más incierta, pero el nuevo compuesto es tan versátil que también podría ser posible esa sustitución.

En este contexto, los nuevos usos del cobre son mayores a los que su mercado pierde por la actual sustitución. Por lo tanto, en el mediano plazo, la debilidad de la oferta (asociada a la reducción de las leyes minerales y la escasa introducción de nuevos proyectos) y la irrupción de China e India en el mundo con la opción por satisfacer su demanda por infraestructura ha generado expectativas de que se tenga un creciente déficit de cobre en el futuro –aún en medio de la debilidad del consumo en los países desarrollados– lo que ha disparado su precio a niveles históricos, cercanos a US$4/libra. Sin embargo, en el corto plazo, la debilidad puntual de la demanda china podría hacer retroceder al precio a niveles de US$3,60/libra, lo que no impediría que a fines de 2011 el precio del cobre podría alcanzar los US$5/libra. El cobre es un elemento químico –no un compuesto químicamente sintetizable, como lo era el salitre– lo que lo hace más difícil de sustituir. Siempre tendrá múltiples aplicaciones derivadas del cambio tecnológico. Sin embargo, el grafeno es un compuesto de nueva estirpe, cuya aislación parece algo propio de los métodos derivados la ―alquimia‖ científica del siglo XXI. No se trata del aluminio o de la fibra óptica, que no tuvieron la capacidad para penetrar en el feudo del

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mercado

del

cobre:

la

conducción

eléctrica.

En cambio, el grafeno sí tiene las propiedades necesarias para invadir el mercado del cobre. La pregunta es si la tecnología será capaz de producir grafeno en grandes cantidades –lo que aún es técnicamente inviable– y si se podrían desarrollar redes conductoras de electricidad con grafeno, a un costo inferior al que actualmente requieren las redes de cobre. Aún es temprano para validar estas aprensiones, pero hay razones para vislumbrar que las propiedades del grafeno como conductor eléctrico sí podrían tener el potencial para sustituir al cobre en

los

usos

eléctricos

y

electrónicos.

En 2010, la producción y el consumo global de cobre serían del orden de las 19 millones de TM. Sin introducción del grafeno como sustituto, la producción y el consumo deberían subir a niveles en torno a los 40 millones de TM en 2025. Sin embargo, en presencia de un hipotético escenario en que el grafeno se disemine como eficiente sustituto del cobre, más de la mitad de ese consumo se evaporaría y los precios se irían al suelo, de tal forma que la mayoría de las mineras cerraría. En Chile, gran parte de las mineras de cobre terminarían igual que las de salitre. Sólo sobrevivirían las mineras por debajo de la mediana del cuartil de costos, o bien, las mineras que tienen oro y uranio, como crédito

asociado

a

su

calidad

de

subproducto.

Hasta la fecha, a pesar del alza de los precios, no se vislumbraban amenazas de sustitución para el cobre. Sin embargo, el grafeno tiene el potencial de cambiar esta historia. ¿Es el grafeno una amenaza para el cobre, de tal forma que gran parte de la demanda por cobre orientado

a

la

conducción

eléctrica

se

oriente

al

grafeno?

¿Puede el grafeno convertirse en el sustituto del cobre? ¿En qué plazo?

Por

ahora,

son

preguntas

sin

respuesta,

pero

muy

probablemente, dado el rápido y vertiginoso cambio tecnológico, en

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diez años más los empresarios mineros tomarán decisiones de inversión en proyectos cupríferos con parte de estas preguntas ya respondidas. También existe el escenario –más positivo– de que el grafeno se introduzca en aleaciones de cobre tan sólo para mejorar su conductividad, lo que mejoraría aún más la demanda por cobre.

Lo único que está claro es que el grafeno, de generarse la tecnología para una producción masiva, tendría el potencial de provocar un cambio tecnológico en todos los procesos de producción, que no sólo podría afectar al consumo de cobre, sino también a la estructura de producción de múltiples industrias y servicios, no sólo a la del cobre.

¿Puede el grafeno provocar el mismo impacto que el cobre ejerció en sus inicios? Aún es temprano para saberlo. Todavía no está claro cuáles podrían ser los costos de producción del grafeno en grandes cantidades, es incierta la forma en que se manifestaría su aplicación como conductor eléctrico y también es incierto el plazo en el cual se desarrollarán masivamente las primeras aplicaciones, las que se concentrarían en los microcircuitos, por la vía de la introducción de los ―nanotubos‖

Sin

embargo,

de

al

revés

del

aluminio,

carbono.

la

fibra

óptica

o

los

superconductores, el grafeno sí tiene los atributos necesarios para sustituir al cobre. Lo que no está claro aún es cuál sería el camino del futuro desarrollo tecnológico y si la conducción eléctrica sería uno de esos caminos.

ImpactoFinanciero

Por ahora, hay miles de físicos e ingenieros de Estados Unidos,

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Europa, Japón, China y el resto de Asia que se han propuesto desarrollar aplicaciones para usar el grafeno en nuevos procesos de producción y de generación y transmisión de energía. Sin embargo, por ahora, aún no se ha logrado generar el método para producir grandes cantidades de grafeno (que puede generarse a partir del grafito, o bien, de la quema de carbón en una ―parrillada‖), pero podría ser tan sólo cuestión de tiempo. En este contexto, cabe esperar que aquellos que logren aplicaciones relevantes con el grafeno puedan generar un valor similar al que tuvieron las .con en los ‗90. Las aplicaciones del grafeno tienen el potencial de cambiar la totalidad de la estructura de costos y de producción de toda la industria, en todos los sectores. Aleaciones de acero, el aluminio y los plásticos, además del cobre, podrían ser sustituidos, o bien, mejorados (en este último caso, la demanda por cobre podría incluso aumentar). También podría esperarse la sustitución de la sílice por el grafeno en los microprocesadores. En el caso del cobre, si se llegara a sustituir su uso como conductor eléctrico por compuestos derivados del grafeno, el consumo global y sus precios caerían significativamente, originándose así la reducción forzada de la producción global. Sólo las minas más eficientes –con subproductos

de

oro-

podrían

sobrevivir.

Por lo tanto, todavía es temprano para vislumbrar que el grafeno sustituya al cobre en el largo plazo. En todo caso, será una amenaza latente

a

partir

de

diez

años

más.

Las consecuencias políticas, económicas y financieras de una masiva sustitución de cobre por el grafeno serían Inesperadas. Muchas minas podrían cerrar. El cobre pasaría a ser tan sólo un producto más de exportación. Por ahora, este escenario es de economía ficción. Pero es un escenario posible, dentro de un abanico de posibilidades, desde el 2020-2030

en

adelante.

Más allá de un shock de demanda inducido por China, el grafeno tiene el potencial de generar el shock de oferta más relevante de la historia

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de la humanidad, si es que se convierte en un barato conductor eléctrico

de

aplicación

masiva.

2.3 Marco Teórico

2.3.1 Conceptualización de la variable Independiente: Grafeno:

Es difícil describir todo lo que se puede hacer con el grafeno. Considerado el material del siglo XXI, para el mundo científico una de sus principales cualidades es su alto nivel conductivo, tan bueno o mejor que el del cobre. Esto ha significado que la Unión Europea y países como Corea del Sur inviertan millones en la investigación y desarrollo de este material. Con cautela, los que habían escuchado de este material, de antemano buscaron información al respecto para entender los verdaderos alcances que puede tener su desarrollo futuro para la industria del cobre. Pocos sabían en ese entonces lo que era el grafeno, ni menos que los científicos habían logrado alcanzar un revolucionario método para sintetizar y estabilizar este material bidimensional formado por carbono puro. Hasta ese momento, su existencia se mantenía en teoría, pues las pruebas químicas que se habían realizado no lograban dar estabilidad suficiente a la sustancia, lo que hacía poco factible su uso como conductor eléctrico en futuros desarrollos comerciales.

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Fig. 1: Lámina de grafeno 2.3.2 Conceptualización de la variable dependiente:

Probable reemplazo del cobre: A André Geim y Konstantin Novoselov se les ocurrió tomar un trozo de grafito, el mismo material con él están hechos los lápices mina, y una tira de papel celofán convencional. Con esto, conseguirían extraer una delgada capa de grafeno. No se trata de cualquier ociosidad. Más bien, de una simple acción que les valió el premio Nobel de Física en 2010 y que podría revolucionar, entre muchas áreas, el mercado de los metales. Según expertos, este material podría reemplazar fácilmente al cobre en unos diez años más. El grafeno es una sustancia resistente y dotada de la mayor conductividad eléctrica y térmica que existe. Es prácticamente transparente, su cristal es extremadamente delgado (tanto como un átomo) y tan denso que ni siquiera el helio, el componente más pequeño, podría atravesarlo. Todas sus características apuntan a que es el reemplazante natural del viejo conocido cobre, quien reviste hasta el día de hoy todas las características del mejor material para fabricar conductores y semiconductores de todo tipo.

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Fig. 2 Uso del grafeno. En el estudio "La minería del Cobre 2012", publicado por el Grupo de Estudios Internacionales del Cobre, la industria cuprífera cubre un 54 por ciento de la comercialización de equipamiento electrónico, componentes de vehículos y de maquinaria industrial para todo el mundo. Dadas las propiedades del grafeno y su versatilidad, podría competir en esta misma cancha con este meta. No obstante, hasta el momento, este componente que Geim y Novoselov extrajeron con un simple papel celofán, aún no se encuentra en un estado de producción a gran escala dado que los costos son altos. Paradójicamente, el grafeno está hecho por uno de los compuestos más abundantes del planeta: el carbono

2.4 Definición de términos

Premio nobel Se otorga cada año a personas que efectúen investigaciones, ejecuten descubrimientos sobresalientes durante el año precedente, lleven a cabo el mayor beneficio a la humanidad o contribución notable a la sociedad en el año inmediatamente anterior. Microprocesador Es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el

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«cerebro» de un computador. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como microcomputador. Shock de oferta Tipo de perturbación exógena que afecta positiva o negativamente la oferta de bienes de la economía. Ejemplo de shock de oferta es la variación en los precios del petróleo. Nanotubos Son una forma alotrópica del carbono, como el diamante, el grafito o los fullerenos. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrollado sobre sí misma.1 Dependiendo del grado de enrollamiento, y la manera como se conforma la lámina original, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna. Estos están conformados como si los extremos de un folio se uniesen por sus extremos formando el susodicho tubo, se denominan nanotubos monocapa o de pared simple

Aleación Es una combinación, de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal. Transistor Es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistencia de transferencia»). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, etc. Componente electrónico Aquel dispositivo que forma parte de un circuito electrónico. Se suele encapsular, generalmente en un material cerámico, metálico o plástico, y terminar en dos o más terminales o patillas metálicas. Se diseñan para ser conectados entre ellos, normalmente mediante soldadura, a un circuito impreso, para formar el mencionado circuito.

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Efecto Joule fenómeno irreversible por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor, el físico británico James Prescott Joule. Alotropía Es la propiedad de algunos elementos químicos de poseer estructuras químicas diferentes.

Glosario de Acrónimos

1. IBM : International Business Machines 2. ADN: ácido desoxirribonucleico

III.

HIPÓTESIS

3.1 Hipótesis General  Como puede apreciarse en todo lo leído, es muy probable la síntesis y la industrialización del grafeno a gran escala por las empresas; reemplazando al cobre en algunos años más (10 o más), a pesar de todas las consecuencias económicas, políticas, y estructurales que pueden afectar a aquel Estado que las aplique. Gracias a la gran conductibilidad del cobre se buscara disminuir el costo de extracción y elaboración del grafeno en hilos conductores para por fin ponerlo al mercado mundial.

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3.2 Sub - Hipótesis  Se puede observar que los hilos conductores son muy resistentes y respecto a ello ―el precio variaría según los costos de producción del grafeno‖, así lo afirman algunas empresas en conferencias hechas en Europa.  Las empresas están entrando en una etapa de conversaciones y abordando muchas conferencias respecto a este tema, pues la introducción del grafeno puede indicar el cierre de algunas empresas y el florecer de otras; con los cual se podría afectar la economía de un país.  Aparte de la gran capacidad de conducción de la electricidad del grafeno se buscan más

aplicaciones, quisiera agregar que

actualmente también se comienza a aplicar este material en la producción de microchips para el cerebro, debido a que es inoxidable, transparente y muy flexible.

IV.

METODOLOGÍA

4.1 Relación entre variables de la investigación 

Unidad de análisis:

Conductibilidad del Grafeno 

Variable Independiente : ( VI )

Grafeno

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

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Variable Dependiente : ( VD )

Reemplazo del cobre 

Elementos lógicos:

 La relación entre X con Y, es de dependencia, CAUSA – EFECTO. X determina a Y.  Por el tipo de hipótesis es de investigación e informativa  A: Se estimará como causa que va explicar el problema  B: Se estimará como el problema. 

Delimitación espacial:

Empresas emergentes.

4.2 Operacionalización de variables

A continuación se muestra la Operacionalización de las variables identificadas. Cuadro No. 1

Operacionalización de variables e indicadores

VARIABLES

DEFINICION CONCEPTUAL

Es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano Variable

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(como panal de abeja)

DEFINICION OPERACIONAL

INDICADORES

Material novedoso, duro, bidimensio nal y extremadamente flexible.

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independiente

Grafeno (X)

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formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos Enlazados.

El Premio Nobel de Física de 2010 se le otorgó a Andréy Gueim y a Konstantin Novosiólov por sus revolucionarios descubrimientos acerca de este material.

VARIABLES

DEFINICION CONCEPTUAL

Es Variable Dependiente

el elemento

químico de número atómico 29. Se

trata

de

transición de

un metal color

de

rojizo

Posible

y brillo metálico que, junto con

reemplazo del

la plata y el oro, forma parte de

cobre (Y)

la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores

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conductores

de

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Sin embargo, los estudios sobre su posible existencia y sus magníficas propiedades se remontan a la mitad del siglo XX. Durante este tiempo, los físicos estudiaron sus propiedades matemáticas e, incluso, algunos llegaron a concluir que un material de estas características no podía existir. Según Elsa Prada, investigadora del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), ―se pensaba que, si se conseguía aislar una sola capa de grafito, estaría tan llena de defectos que sería inestable a temperatura ambiente‖. Ahora, el grafeno no sólo es una realidad, sino que puede significar una completa revolución tecnológica. Para Elsa Prada, es un material ―tan prometedor en distintas ramas de la ciencia y la tecnología que puede llegar a abrumar‖.

DEFINICION OPERACIONAL

INDICADORES

Si bien desde un punto de vista científico, la sustitución del cobre por el grafeno – como conductor de electricidad – ya es posible, todavía faltan algunos años para que sea una tecnología aplicada, y otros años más para que sea una industria instalada. El problema es que no se puede determinar en qué plazos pueden

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electricidad

(el

segundo

después de la plata). Gracias a su

alta conductividad

ocurrir dichos procesos y cualquier guarismo de años es meramente especulativo.

eléctrica, ductilidad y

maleabilidad,

se

ha

convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y

otros

componentes eléctricos y electr ónicos.

Elaboración propia.

4.3 Tipo de Investigación

Esta investigación está basada en brindar conocimiento sobre las propiedades del grafeno, y sobre su posible reemplazo a futuro sobre el cobre. El presente estudio es mucho más sobre información de actualidad. Este planteamiento da como resultado el sustento empírico y cuantitativo que nos permitirá llegar a las conclusiones finales de nuestro trabajo de investigación.

4.4 Nivel de investigación

En el desarrollo nuestro proyecto, hemos aplicado los niveles informativo, explicativo y descriptivo.

Nivel Informativo: A través del cual busco brindar información actualizada sobre el grafeno y a futuro la posible sustitución del cobre.

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Nivel Explicativo: Se busca la forma mas facil de poder expresar ciertas propiedades de los materiales a exponer.

Nivel Descriptivo: Nos permite establecer el grado de relación que existe entre las variables: El grafeno por su mayor conductividad eléctrica podría sustituir al cobre.

4.5 Etapas de la Investigación Las etapas de la investigación según Hernández Sampieri, Roberto (2002) y otros en su obra Metodología de la Investigación comprende lo siguiente: Cuadro No. 2

ETAPAS DE LA INVESTIGACIÓN ETAPAS DE LA INVESTIGACIÓN

01

Concepción de la idea a

DESCRIPCIÓN EN TÉRMINOS GENERALES

Reemplazo del cobre por el grafeno.

investigar

02

03

Planteamiento del

Industrialización y reemplazo del cobre por el

problema de Investigación

grafeno.

Elaboración del marco

VI: VD:

teórico

04

Definición de la

Investigación informativa, principal y explicativa

investigación

05

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Definición de la hipótesis

La hipótesis es causa - efecto.

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06

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Selección del diseño de Diseño: Informativo y actualizado investigación

07

Selección de la muestra

Usuarios de Internet doméstico

08

Recolección de los datos

Cuestionario

09

Análisis de los datos

SPSS

10

Presentación de los

Tesis

resultados Elaboración propia.

4.6

Población y Muestra:

4.6.1 Población

La población del estudio de investigación, está compuesta por los lectores del trabajo. (Pues es informativa)

4.6.2 Muestra El Estudio realizado por los investigadores en el 2010, de un poco de carbono extraído para la ocasión de una mina de las montañas de Rusia.

4.7 

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Técnicas e Instrumentos de Recolección de datos

Descripción de las Técnicas

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Las principales técnicas y/o instrumentos que se han utilizado y utilizarán posteriormente en nuestra investigación son:  Lectura apropiada y minuciosa de los artículos encontrados.  El Orden y buena redacción del documento.



Revisión documental: Se ha utilizado esta técnica para obtener información a través de las normas, libros, tesis, manuales, reglamentos, directivas y otro tipo de información relacionado con nuestro tema de investigación ―Grafeno, futuro reemplazo al cobre‖.

Descripción de los instrumentos 

Ficha bibliográfica: Este instrumento se ha utilizado para recopilar datos

en

formatos

o

fichas

ordenadas

metodológicamente

relacionadas con: ―Desarrollo de un Software Educativo para optimizar la enseñanza de la Química General a nivel de Educación Superior en Lima Metropolitana y Callao‖. 

Guía de conferencias : Es un formato especialmente diseñado para recopilar las entrevistas que se realizarán a eruditos y expertos e nuestro tema. También se considera importante este instrumento para la elaboración de las recomendaciones en el informe final (tesis).



Procedimientos de comprobación de validez y confiabilidad de los instrumentos de recopilación de información.



Los instrumentos elaborados (encuestas)

serán consultados a

docentes especializados en el tema de nuestra investigación quienes revisaran y emitirán un juicio acerca de las preguntas

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elaboradas y aplicadas a siete representantes de la muestra quienes serán escogidos al azar, con la finalidad de comprobar la calidad de la información en relación a los objetivos planteados en nuestra investigación.

4.8 Procedimiento estadístico y análisis de datos

4.8.1

Técnicas de análisis

Se aplicarán las siguientes técnicas:  Análisis documental  Conciliación de datos  Indagación  Rastreo

4.8.2

Técnicas de procesamiento de datos

En el desarrollo del trabajo de investigación se procesarán los datos obtenidos de las diferentes fuentes de información a través de las técnicas que presentamos a continuación.  Ordenamiento y clasificación  Registro manual  Análisis documental  Tabulación de Cuadros con porcentajes  Comprensión de gráficos  Conciliación de datos

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4.8.3 Serie de artículos Relacionados al Grafeno.

 Avances en vidrios ultradelgados Exhiben un vidrio ultradelgado que envuelve objetos Llamado Willow Glass, el cristal fue exhibido en la semana de laSociety for Information Display’s DisplayWeek, una feria industrial que se celebró en esa ciudad estadounidense. Corning, cuya sede está en Nueva York, es la compañía que desarrolló el Gorilla Glass, un cristal delgado y transparente. De acuerdo con la compañía, el material podría ser usado no sólo en teléfonos celulares inteligentes, sino en pantallas de visualización que no son planas. Pero hasta que esas pantallas aparezcan en el mercado, el vidriopodría ser usado para la fabricación de dispositivos celulares. ―Cada día las pantallas se vuelven más y más omnipresentes y los fabricantes tienden a hacer tanto los dispositivos como sus pantallas más delgadas‖, indicó Dipak Chowdhury, director del programa Willow Glass en Corning. El prototipo expuesto en la feria era tan delgado como una hoja de papel. La compañía indicó que el material puede llegar a medir sólo 0,05 milímetros de grueso, mucho más delgado que las actuales pantallas de 0,2 milímetros o 0,5 milímetros. El material usado para hacer Willow Glass es el resultado del proceso de fabricación de vidrios que la empresa denomina Fusion. La técnica consiste en derretir los ingredientes a 500 grados y producir una lámina continua que puede enrollarse en un mecanismo similar al que posee una imprenta tradicional. El método de enrollamiento es mucho más sencillo y rápido en términos de producción en masa que el proceso convencional de crear láminas de vidrio superdelgadas, indicó la empresa. En el futuro, Willow Glass podría reemplazar el ampliamente usado Gorilla Glass, que actualmente se encuentra en varios teléfonos inteligentes y tabletas. En la feria tecnológica Consumer Electronics Show que este año se celebró en

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Las Vegas, Corning develó el Gorilla Glass 2, el cual es 20% más delgado que el producto original, pero con la misma resistencia.

La primera generación de Gorilla Glass, que se lanzó en 2007, ha sido usada en más de 575 productos de 33 fabricantes. Se calcula que más de 500 millones dispositivos están hechos con él. El primero en ver su potencialidad fue el fundador de Apple, Steve Jobs, quien contactó a Corning cuando la empresa estaba desarrollando la pantalla para su primer iPhone en 2006.

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Otros desarrollos Willow Glass no es el primer intento de producir una pantalla flexiblefuturista. En los últimos años, científicos en todo el mundo han estado trabajando con un material conocido como grafeno, producido por primera vez en 2004. Se trata de una forma de carbono superconductora hecha a partir de láminas de un solo átomo de espesor. En una entrevista con la BBC, la investigadora de la Universidad de Cambridge Andrea Ferrari señaló que los prototipos de pantallas táctiles flexibles hechas con grafeno ya han sido desarrollados y que además de ser ultraresistentes y flexibles, en el futuro podrán incluso darle a sus usuarios una ―sensacional‖ experiencia de retroalimentación. ―Pasamos de botones físicos a pantallas táctiles, el siguiente paso será integrar algunas capacidades sensoriales‖, indicó la profesora Ferrari. ―Su teléfono será capaz de sentir si usted lo está tocando, captará el ambiente a su alrededor, no tendrá que presionar un botón para apagarlo o prenderlo, él sabrá si usted lo está usando o no‖. En un proyecto diferente, científicos del Laboratorio de Medios Humanos de la universidad canadiense Queen‘s University y del grupo de Investigación de Ambientes Motivacionales de la Universidad del Estado de Arizona, crearon en 2011 un prototipo flexible de milímetros de grosor de un teléfono inteligente hecho a partir de un material llamado papel electrónico. Los científicos señalaron que han usado la misma tecnología de tinta electrónica (e-ink) que la usada en el Kindle de Amazon. ―Esta computadora se ve, se siente y opera como una pequeña lámina de papel interactivo‖, indicó el doctor Roel Vertegaal. ―Interactúas con él al doblarlo como un teléfono celular, pasando la página desde la esquina o escribiendo sobre él con un bolígrafo‖.

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 Crean material conductor de electricidad Ultra delgado e invisible a simple vista basado en grafeno Crean material conductor de electricidad ultra delgado e invisible a simple vista basado en grafeno Los investigadores de la Universidad de Exeter usaron una capa de átomos de carbono para construir el GraphExeter. El material es colocado sobre grafeno, una lámina plana de carbono con un grosor de un solo átomo y que, gracias a sus propiedades singulares, ha tenido una amplia gama de aplicaciones. Se espera que el GraphExeter sea usado en el futuro para mejorar la tecnología de pantalla táctil, así como para telas, espejos y otros materiales si los científicos consiguen crear una versión impregnable .

Fig. 3 Lamina de grafeno.

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 Convierten agua salada en agua potable con un filtro de grafeno Convierten agua salada en agua potable con un filtro de grafeno

A pesar de que los océanos y mares contienen alrededor del 97% del agua existente sobre la Tierra, en la actualidad apenas un 1% del suministro mundial de agua potable proviene del agua desalada. Realmente muy poco. Los científicos creen que este recurso podría ser más y mejor explotado, con técnicas de desalinización más eficientes y menos costosas. Dos investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han dado un interesante paso en ese camino. En simulaciones, dicen haber demostrado que los nanoporos de grafeno pueden filtrar la sal del agua a una velocidad de 2 a 3 veces mayor que la mejor tecnología de desalinización comercial que existe en la actualidad (la ósmosis inversa). Los investigadores creen que la superior permeabilidad al agua del grafeno podría conducir a técnicas de desalinización que requieren menos energía y equipos, según explican en Physorg. «Este trabajo muestra que algunos de los inconvenientes de las técnicas de desalinización actuales se podrían evitar con la invención de materiales membrana más eficientes y precisos», dice Jeffrey C. Grossman, del MIT. Los investigadores creen que este material permite el flujo real de agua, evita por completo que se filtre la sal y tiene una permeabilidad mucho mayoren comparación a la ósmosis inversa. Y todo ello mucho más rápido que con las técnicas actuales. Una sola capa de grafeno, que tiene un átomo de carbono de espesor, resulta muy delgada, por lo que es ventajoso para la desalinización del agua. En la eficacia de la deslinización participan el tamaño de los poros del material y la presión aplicada. Claro que esto tiene un pequeño inconveniente: hace falta que la humanidad consiga fabricar grafeno de forma sencilla y barata. Los científicos esperan probar la capacidad de desalación con grafeno en los próximos meses. Si realmente es una técnica exitosa, podría ayudar a conseguir agua potable en aquellos lugares del mundo azotados por la desertización y la sequía. La investigación aparece publicada en NanoLetters.

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Fig. 4 Agua y grafeno.

 Científicos gallegos dan un paso más hacia los dispositivos de grafeno Científicos de IBM y del Centro de Investigación en Química Biológica y Materiales Moleculares (CIQUS) de laUniversidad de Santiago de Compostela (USC) han diferenciado, por primera vez, los enlaces químicos existentes en moléculas individuales utilizando una técnica conocida como microscopía de fuerza atómica (AFM). Explica el profesor de la USC Diego Peña Gil: “El grafeno es el material con las propiedades más prometedoras. Estas están estrechamente relacionadas con la distribución de los electrones en la estructura molecular; de ahí la importancia de visualizar detalles con resolución atómica”. Asegura el científico gallego Peña Gil: “La técnica que se desarrolló permitirá a científicos identificar moléculas individuales con gran precisión y observar su comportamiento químico y físico de forma aislada, dicha técnica supone una poderosa herramienta para controlar nuestro entorno en la escala atómica”. Este descubrimiento es importante para el estudio de los dispositivos fabricados con grafeno, considerado el material del futuro por sus características:

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transparente, flexible, ligero, muy resistente e impermeable. Los resultados de este descubrimiento son publicados en la revista ―Sciencie―, llevan más lejos las investigaciones sobre la utilización de las moléculas y átomos a la escala más reducida. Hoy en día, se está estudiando la aplicación de estos dispositivos en ámbitos como las comunicaciones inalámbricas de banda ancha y las pantallas electrónicas. Leo Gross, científico de IBM, añade: Los científicos visualizaron el orden y longitud de enlaces individuales entre átomos de carbono en nanoestructuras de fullerenos C60, conocidas también como buckyball -por su forma de balón de fútbol- y en dos hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs) planos, que se asemejan a pequeños copos de grafeno. El grupo del CIQUS, que dirigen los profesores Peña Gil, Guitián Rivera y Pérez Meirás, es especialista en la síntesis de PAHs de tamaño nanométrico. En los últimos años estos materiales acaparan un gran interés de la comunidad científica debido a sus propiedades únicas en el campo de los materiales moleculares. Concretamente se utilizan en la fabricación de dispositivos electrónicos como los transistores orgánicos de efecto campo, las células solares y los diodos orgánicos emisores de luz. Fig.5: Pioneros en el grafeno.

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 Descubren que el grafeno es capaz de autorepararse Descubren que el grafeno es capaz de autorepararse Investigadores de la Universidad de Manchester han podido comprobar que cuando una lámina de grafeno recibe algún daño que quiebra su estructura produciendo un agujero consigue atraer átomos de carbono situados en las proximidades para así reparar los huecos. Casi como si se tratase de magia, dichos átomos capturados van situándose en los huecos donde son requeridos. Los investigadores han realizado este descubrimiento por accidente, como muchas otras veces ha sucedido en la Historia de la Ciencia. Estaban investigando cómo se forman los agujeros en las láminas de grafeno cuando añadieron metal en contacto con el material de marras y cuál no sería su sorpresa al constatar que átomos sueltos de carbono que quedaban cerca de los agujeros en la superficie del grafeno rápidamente pasaban a cubrir los agujeros, reparando así la integridad de la lámina. Recordemos que el grafeno se presenta en láminas del grosor de un átomo, de ahí su fragilidad y la facilidad con que puede dañarse, pero al mismo tiempo parece ser que de ahí procede la facilidad que tiene para repararse a base de ―capturar‖ átomos sueltos de carbono que ocupen el lugar del agujero causado. Fig.6: Grafeno reparándose.

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Por accidente El estudio lo llevó a cabo un grupo de investigadores de la Universidad de Manchester, Reino Unido, –incluyendo a Konstantin Novoselov, quien compartió un premio Nobel por ser uno de los descubridores del grafeno– y del Laboratorio SuperSTEM de Ingeniería y Ciencias Físicas del Consejo de Investigación en Daresbury, Reino Unido. El equipo estaba inicialmente interesado en los efectos de agregar contactos de metal a tiras de grafeno, que es la única manera de explotar sus fenomenales propiedades electrónicas. Ese proceso crea de manera rutinaria agujeros en las tiras, que son del grosor de un átomo. Por eso, los investigadores trataron de entender cómo se forman esos agujeros, por lo cual dispararon corrientes de electrones en las hojas de grafeno. Después estudiaron los resultados con un microscopio electrónico. Para su sorpresa, encontraron que, cuando átomos de carbono pasan cerca de las hojas de grafeno, los átomos encajan en ese lugar, logrando la reparación de la hoja de dos dimensiones. ―Simplemente ocurrió sin que nos diéramos cuenta,‖ dijo el coautor del estudio Quentin Ramasse del laboratorio SuperSTEM. ‖Lo hemos repetido unas cuantas veces y luego tratamos de comprender cómo ocurrió‖, dijo a la BBC. Dos dimensiones Las formas irregulares en las hojas de grafeno se generan por unas moléculas llamadas hidrocarburos, que son producto del carbono que se puede presentar a su alrededor. Algo parecido ocurre cuando los átomos de metal pasan cerca, creando agujeros en los bordes. Sin embargo, los átomos de carbono puro chocan con los átomos de metal fuera del camino, reparando a la perfección los agujeros y formando un enrejado fresco e ininterrumpido de hexágonos. ―Si usted puede controlar el reservorio de carbón de un agujero, reduciéndolo a pequeñas cantidades, se podrían arreglar los bordes del grafeno o reparar los agujeros ―, dijo Ramasse. ―Sabemos cómo conectar pequeñas tiras de grafeno, perforarlo, adaptarlo, esculpirlo; y ahora parece que podríamos ser capaces de hacer volver a crecer de una manera razonablemente controlada.

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 Mejoran los disipadores grafeno y al cobre

gracias

al

Fig.7: Disipador de grafeno .

A medida que los dispositivos electrónicos avanzan la necesidad de una disipación mejor es mucho mayor. Los actuales disipadores de aluminio o cobre suelen ser suficientes, pero un investigador de la universidad de Carolina del Norte, Estados Unidos, ha encontrado una manera más eficiente de refrigerar cualquier tipo de dispositivo, comenzando por los ordenadores, utilizando una interesante aleación de cobre y grafeno que debería ser bastante más eficiente y económica que los productos fabricados con otras aleaciones más tradicionales. El grafeno, material futurista que se está explotando en investigación y desarrollo desde hace algunos años — y dando resultados óptimos desde no hace tantos — es la sustancia con la que el Dr. Jag Kasichainula ha mezclado el típico cobre de cualquier disipador actual, creando un compuesto que junto a una película hecha con una mezcla de indio y grafeno es capaz de mejorar la eficiencia térmica de un disipador.

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Los dos materiales, cobre y grafeno, tienen unas cualidades de conducción térmicas excelentes, y por lo tanto su aleación permite disipar el calor generado por cualquier circuito eléctrico de una manera mucho más eficiente que los sistemas de refrigeración tradicionales, hasta un 25% más rápido que un bloque de cobre puro según las pruebas llevadas a cabo. Por si fuera poco, el estudio del Dr. Kasichainula también asegura que la aleación resultante de la deposición electroquímica de los dos elementos resulta más económica, pues reemplazar parte del costoso cobre por grafeno rebaja el coste total. Ya conocíamos las capacidades de conducción eléctrica y térmica del grafeno, pero este avance hace que su aplicación en la electrónica de consumo sea más sencilla, mejorando productos existentes como los socorridos disipadores de cobre que todos hemos podido ver cubriendo un módulo de memoria, un núcleo gráfico, la CPU de un reproductor multimedia, y por supuesto en el ámbito industrial.

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 Diseñan batería de grafeno que funciona recargándose mediante el calor del ambiente Diseñan batería de grafeno que funciona recargándose mediante el calor del ambiente Los resultados del diseño están en proceso de ser revisados por pares, pero si se confirma, por ejemplo, el dispositivo tendrá uso en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la alimentación energética de órganos artificiales mediante el calor del cuerpo, la generación de energías renovables y la alimentación eléctrica en aparatos electrónicos. Los iones en solución acuosa se mueven a velocidades de cientos de metros por segundo a temperatura ambiente y presión. La energía térmica de estos iones puede alcanzar varios kilojulios por kilogramo por grado. Sin embargo, hasta ahora, se había hecho poco el trabajo para encontrar la manera de aprovechar esta energía y producir electricidad. Zihan Xu y sus colegas hicieron su batería conectando electrodos de plata y oro a una tira de grafeno – que es una película de carbono de sólo un átomo de espesor. En sus experimentos, los investigadores mostraron que seis de estos dispositivos en serie coloca dos en una solución de iones de cloruro de cobre podría producir una tensión de más de 2 V. Esto es suficiente para conducir electricidad a un diodo rojo emisor de luz. La tecnología es muy diferente a las baterías convencionales de iones de litio, por ejemplo, que convierten la energía química en electricidad. ―La salida de nuestro dispositivo es también continua y funciona exclusivamente por la recolección de la energía térmica de los alrededores mediante iones de cloruro de cobre, los cuales, en teoría, es ilimitado‖, dice Xu. Según los investigadores, la batería funciona más bien como una célula solar. Los iones de cobre (Cu + 2 ) continuamente chocan con la tira de grafeno en la batería. Esta colisión tiene energía suficiente para desplazar a un electrón del grafeno. Este electrón puede entonces combinarse con los iones de cobre o viajar a través de la tira de grafeno y entrar en el circuito. Dado que los electrones se mueven a través del grafeno a velocidades extremadamente altas (gracias al hecho de que se comportan como partículas relativistas sin masa en reposo), viajan mucho más rápido en el material basado en carbono que en la solución iónica. El electrón liberado por lo tanto, naturalmente, prefiere viajar a través del circuito de grafeno en lugar de a través de la solución. Así es como el voltaje es producido por el dispositivo,

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Aumentar la tensión de salida Los investigadores también hallaron que la tensión producida por el dispositivo podría ser aumentado por el calentamiento de la solución iónica y la aceleración de los Cu 2 + iones con ultrasonido. Ambos métodos funcionan porque aumentan la energía cinética de los iones. La tensión también aumenta si la solución de cobre-cloruro está más concentrada con iones de Cu + 2 , debido a que la densidad de Cu 2 + en el grafeno es entonces mayor. Otras soluciones catiónicos se pueden emplear también, como Na + , K + , Co 2 + y Ni 2 + , aunque estos producen menos salidas de tensión. La única capa atómica de la naturaleza del grafeno es crucial para esta batería, dicen los investigadores, quienes también experimentaron con películas delgadas de grafito y nanotubo de carbono -. Ellos descubrieron que estos materiales sólo producen bajas tensiones de alrededor de microvoltios, que podrían ser considerados como ruido. Bor Jang de Nanotek Instrumentos en Dayton, Ohio, quien ha trabajado en la fabricación de supercondensadores de grafeno, dice que el concepto descrito parece ―muy interesante‖ pero que ―más trabajos serán necesarios para evaluar si el método podría proporcionar suficiente energía o densidad de potencia para aplicaciones prácticas ―. Por su parte, el equipo de Hong Kong, planea ahora para mejorar la potencia de salida de su dispositivo basado en el grafeno y seguir investigando cómo funciona.

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 El grafeno es apto para revolucionar la electrónica actual Se ha especulado mucho con la posibilidad de apilar láminas individuales de grafeno entre capas de materiales aislantes para crear dispositivos electrónicos de propiedades únicas. Había dudas de la posibilidad de hacerlo sin perder sus excelentes propiedades como conductor de electricidad y calor. En el proceso de fabricación de estos «sándwiches» de grafeno es inevitable que se acumulen, entre capa y capa, otros materiales no deseados. Estas moléculas intrusas pueden debilitar las cualidades de la estructura general y empeorar su rendimiento. ¿Y cómo saber si están ahí, o cuánto afectan? Desde fuera no se puede ver nada. Un grupo de investigadores británicos ha decidido hacer un corte transversal, «abrir la tarta», y ver qué encontraban en sus tripas. Su hallazgo es que el grafeno es tan o más apto de lo que se esperaba para liderar la próxima revolución electrónica. La contaminación con materiales existe, pero tan solo en pequeñas bolsas aisladas que no afectan al rendimiento general. «Nuestras imágenes muestran que se pueden construir heteroestructuras atómicamente nítidas», apuntan en su artículo, publicado en la revista Nature Materials. Las heteroestructuras son «sandwiches» entre semiconductores cristalinos y piezas clave en la fabricación de componentes electrónicos avanzados. La técnica de estudio de estas capas es el equivalente nanométrico de la extracción de testigos de hielo en la Antártida, o de hacer cortes en el suelo para ver los estratos geológicos. Aunque el propósito no era el mismo, sino ver la nitidez de la composición interna. Si los dos componentes se separaban bien y hasta dónde llegaba la contaminación de materiales extraños. El corte transversal de las capas de grafeno —intercaladas por Nitruro de boro— se realizó con una técnica bastante nueva. Proyectaron un haz de iones para cavar una «trinchera» alrededor del trozo que querían arrancar, y después lo capturaron con unas nanopinzas.

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Su posterior análisis demostró que el grafeno, la lámina monoatómica de carbono que parece la solución a todos los límites de la tecnología actual, es apto para la fabricación de nuevos componentes electrónicos en combinación con otros materiales.

Fig.8: Muestra de grafeno.

 El Grafeno ha dado una sorpresa cuántica El Grafeno se ha convertido en una especie de material estrella para los científicos, a diario, se le encuentra alguna nueva aplicación y en el mismo sentido miles de laboratorios a nivel mundial se encuentran trabajando con el Grafeno buscando aplicaciones prácticas, nuevas propiedades y patentes rentables. Esta semana un equipo de físicos de EE.UU. de la Universidad de Harvard y del Instituto Max-Planck de Física del estado sólido en Alemania liderados por el Dr. Amir Yacoby han descubierto una nueva característica del grafeno, el hallazgo lo han llamado el ―Efecto Hall cuántico fraccionario‖ (FQHE, por fractional quantum Hall effect), dicen que este descubrimiento podría ayudar a desarrollar los ordenadores cuánticos en el futuro. El trabajo de investigación que fue publicado en la última edición de Science, se basó en un transistor de un solo electrón (SET, por single-electron transistor). El dispositivo se utilizó como si fuese un sensor capaz de determinar las brechas de energía que se produjeron en el material. Además de producir el mencionado FQHE, las interacciones fuertes suelen provocar UNAC

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importantes fenómenos colectivos, tales como la superconductividad, la superfluidez y el magnetismo. Como imaginarás el ―Efecto Hall cuántico fraccionario‖ (FQHE) no es fácil de comprender – a menos que tengas sólidos conocimientos científicos- pero para explicarlos en términos sencillos el efecto tiene lugar cuando los portadores de carga que son básicamente electrones se encuentran confinados en un espacio de 2 dimensiones y son atravesados perpendicularmente a lo largo del eje Z por un campo magnético. El grafeno es una retícula bidimensional de átomos, por lo que era un buen candidato para buscar en él este efecto. Cuando se induce una corriente a lo largo del eje X de esta malla, aparece una tensión denominada tensión de Hall- en la dirección Y, a temperaturas bajas, dicha tensión se cuantifica en estados Hall. El FQHE difiere del efecto Hall cuántico entero más conocido. Aparece como resultado de las interacciones fuertes que se producen entre los electrones, provocando que estos portadores de carga se comportan como cuasipartículas, con una carga que es una fracción de la de un electrón. Estas cuasipartículas de carga fraccionada son las responsables del FQHE y, posiblemente, una característica muy útil para el desarrollo de futuros ordenadores cuánticos.

Fig.9: Microchip de grafeno.

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 El grafeno permitirá desarrollar tratamientos de cáncer más selectivos Es una de las aplicaciones de este material en las que la comunidad científica trabaja con mayor interés

Fig.10: personas con tratamiento de cáncer.

El grafeno ha llegado a nuestros oídos como una gran promesa. Dotado de propiedades inéditas hasta ahora en la naturaleza, es un material destinado a hacer grandes cosas por los seres humanos. Una de las que más ocupan el interés de los investigadores es conseguir que lostratamientos del cáncer sean menos lesivos para los enfermos, mediante un sistema que permita eliminar células dañadas de forma selectiva. Concretamente, en el campo de la Física Médica se intenta

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desarrollar un método basado en inyectar al paciente partículas de grafeno, modificadas químicamente para que se adhieran a las células cancerosas. Aprovechando la propiedad que tiene este material para absorber la luz infrarroja, las irradiaciones con las quese trata el tumor actuarían directamente sobre las células dañadas, sin afectar al resto del cuerpo. Se trata de un área de investigación todavía incipiente, pero que mejoraría notablemente la eficiencia de los tratamientos radiológicos. Ésta es una de las aplicaciones futuras del grafeno de las que habló ayer en Valencia el investigador del Departamento de Física de Massachussetts Institute of Technology (MIT) Pablo Jarillo. Este joven científico, galardonado con el Premio PACASE que concede el presidente Obama, participa estos días en la 34 Reunión Bienal de la Real Sociedad Española de Física, que acoge la Universitat de València. Jarillo (Valencia, 1976) celebra la fuerte inversión que ha realizado Europa para apoyar el estudio de materiales bidimensionales como el grafeno. Una decisión justificada por sus potenciales aplicaciones en la industria. España también tiene intereses en este campo, puesto que es uno de los principales exportadores de grafeno obtenido por síntesis química. Las aplicaciones del material del futuro El grafeno se utiliza actualmente para cuestiones «menores» –como la fabricación de material deportivo–, pero las aplicaciones verdaderamente «extraordinarias» llegarán a largo plazo. «Me parece razonable plantear un plazo de treinta años para que la investigación básica se lleve al plano industrial o comercial», pronosticó ayer Jarillo. Extraído del grafito, el grafeno es el material más ligero, fuerte y que mejor conduce la electricidad de los que se conocen. Tampoco es contaminante, puesto que está compuesto de carbono y agua. No obstante, plantea algunos problemas. «Funciona bien con la electrónica analógica, pero es muy difícil de utilizar con la electrónica convencional digital –explica Jarillo–. A los ingenieros les interesa que se pueda apretar un botón para poder activar o desactivar un aparato; el problema del grafeno es que siempre está activo». Otra de las aplicaciones más deseadas y factibles es el desarrollo de

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baterías más eficientes o pantallas de móviles que no se rompan. «Otra cosa es que sean más baratas o compatibles con la tecnología actual».

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 Investigadores Noruegos desarrollan semiconductores a partir del grafeno El primer semiconductor de grafeno promete revolucionar la industria tecnológica Investigadores noruegos ha conseguido por vez primera desarrollar un método de producción de semiconductores a partir de grafeno. El avance conseguido podría revolucionar la industria tecnológica, según publica The Research Council of Norway. El nuevo método consiste en desarrollar nanocables semiconductores basados en grafeno, para el procedimiento anterior los investigadores ―bombardean‖ la superficie de este material con átomos de galio y moléculas de arsénico, generando así una red de minúsculos nanocables, como resultado se obtiene un material híbrido de un grosor de tan solo un micrómetro, que actúa eficientemente como semiconductor. Comparando, los semiconductores actuales de silicio material que se usa en la fabricación de chips para transistores, pilas solares y una gran variedad de circuitos electrónicos, estos serían varios cientos de veces más gruesos. La capacidad conductora de electricidad del semiconductor de grafeno creado podría, además, ser influida por la temperatura, la luz o la adición de otros átomos. Grafeno, un mundo de posibilidades Helge Weman, de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) afirma: ―Dadas las condiciones ya nombradas que posee el grafeno, sería posible sustituir el silicio por el grafeno en la fabricación de semiconductores y sería posible hacer componentes semiconductores más baratos y más eficientes que los que actualmente se encuentran en el mercado. Un material que incluye una base flexible y que, además, es transparente, nos abre todo un mundo de oportunidades, del que solo hemos visualizado la superficie. El grafeno trae consigo una revolución en la producción de células solares y componentes LED, ejemplo, las ventanas de las casas tradicionales podrían funcionar también como paneles solares o pantalla de televisión, y las pantallas de los teléfonos móviles podrían convertirse en esferas que se colocasen en la muñeca, como los relojes. En resumen, el potencial (de aplicaciones) es enorme.

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Mercado en menos de cinco años Investigadores están ya empezando a crear prototipos dirigidos a áreas específicas de aplicación, ya han entrado en contacto con gigantes de la industria electrónica, como Samsung e IBM. ―Hay un tremendo interés en la producción de semiconductores a partir de grafeno, así que no será difícil encontrar socios colaborativos‖, asegura Weman. Los científicos esperan tener listo el nuevo material semiconductor híbrido para su comercialización en solo cinco años. Se estima que, entre otras aplicaciones, el grafeno podría utilizarse para fabricar transistores super pequeños (de solo un átomo de grosor y 10 átomos de ancho); así como sistemas de almacenamiento energético altamente eficientes. Asimismo, se espera que un reciente hallazgo sobre este material (se ha descubierto que las estructuras de sus capas atómicas son casi perfectas) posibilite el desarrollo de una nueva generación de chips informáticos.

Fig.11: LED con grafeno.

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 Logran construir Chip de Grafeno que abre la vía a pantallas flexibles y cámaras nocturnas Investigadores del Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) Frank Koppens y Gerasimos Konstantatos desarrollan un dispositivo electrónico flexible y ultrasensible a la luz que permitirá tener cámaras dotadas de visión nocturna que podrán hacer buenas fotos y filmar buenos vídeos incluso sin luz. Parabrisas que aumentarán la luminosidad de la carretera y el paisaje cuando se conduzca de noche, además de otros múltiples usos. Este invento fue posible gracias a el grafeno, el material más delgado y resistente que se ha descubierto y que está formado por una hoja de átomos de carbono ordenados en un plano. Como se ha comentado en este blog, el grafeno promete revolucionar el mundo de la electrónic así como lo destacó la Academia de Ciencias Sueca cuando concedió el Nobel de física a sus descubridores en el 2010. La clave de este invento ha sido situar una capa cristalina de puntos cuánticos (la especialidad de Konstantatos) sobre la hoja de grafeno (la especialidad de Koppens). Los puntos cuánticos son esferas de 5 nanómetros de diámetro que absorben la luz con gran eficiencia, de este modo, se ha podido superar el obstáculo que planteaba la baja capacidad de absorción de luz que tiene el grafeno. Según los resultados de la investigación presentados en la revista Nature Nanotechnology, se ha multiplicado por mil millones la sensibilidad del grafeno a la luz. ―Las aplicaciones para la electrónica de consumo están a la vuelta de la esquina; y el mercado potencial es enorme‖, destaca Frank Koppens. Silvia Carrasco, directora de transferencia de tecnología del instituto afirma que el ICFO ha patentado el invento y ya está estudiando la posibilidad de

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crear una empresa para explotarlo comercialmente. Ven como posible alternativa asociarse con alguna de las multinacionales de telefonía móvil o de tecnologías de imagen médica que se han interesado por el avance. Posibles Aplicaciones del Dispositivo Las aplicaciones se engloban dos grandes áreas; La flexibilidad del grafeno que abre la vía a crear productos electrónicos que se puedan doblar, ejemplo, teléfonos móviles hasta pantallas de televisor. Crear estos productos requerirá hacer flexibles también otros componentes de los aparatos, algo ―en lo que ya se está trabajando‖, informa Koppens. Por otra área; La alta sensibilidad a la luz del dispositivo abre la vía a crear innovadores productos de fotodetección, este puede tener un coste inferior a un euro. Koppens destaca las cámaras de visión nocturna y detectores de moléculas -basados en el análisis espectroscópico de la luz que reflejan- para el diagnóstico médico o la industria farmacéutica.

 Logran fabricar grafeno de forma fácil y barata Logran fabricar grafeno de forma fácil y barata El grafeno es considerado por muchos como el material del futuro. Compuesto por nanoestructuras de carbono, podría sustituir al silicio en la fabricación de semiconductores y revolucionar la informática y la electrónica dando un paso de gigante en esos campos. El problema es que sigue siendo una sustancia costosa y difícil de fabricar. Los científicos buscan de forma infatigable la manera de obtener grafeno en grandes cantidades de forma barata y eficaz, y un grupo de investigadores europeos ha dado un nuevo paso al respecto. Han desarrollado un método de bajo coste para la fabricación de láminas de grafeno de varias capas. Lo ventajoso del nuevo método es que es simple, no requiere ningún equipo especial y puede ser implementado en cualquier laboratorio de cualquier parte del mundo. El método, desarrollado por científicos del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias (IPC PAS) en Varsovia y del Instituto de Investigación Interdisciplinaria (IRI), en Lille (Francia) puede ser otro paso prometedor para la fabricación de grafeno a gran escala.

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El grafeno fue descubierto en 2004, al quitar las capas de grafito de carbono utilizando una cinta adhesiva normal. «En lo que se había desprendido los investigadores fueron capaces de encontrar láminas de un átomo de espesor. Y eso era grafeno. Si estamos pensando en sus aplicaciones industriales, tenemos que encontrar mejores métodos para la producción de este material a gran escala, sin necesidad de utilizar un equipo caro y especializado», dice Izabela Kamińska, uno de los investigadores del estudio. Teniendo en cuenta la estructura, el grafeno forma una red hexagonal que se asemeja a un panal, con la diferencia de que la hoja de grafeno tiene el menor espesor posible: un único átomo. Las propiedades inusuales del grafeno están estrechamente relacionadas con esta estructura única. El grafeno es casi totalmente transparente, más de cien veces más fuerte que el acero y muy flexible. Al mismo tiempo muestra una excelente conductividad térmica y eléctrica, lo que lo convierte en buen material para aplicaciones en electrónica, por ejemplo, para la fabricación de pantallas delgadas, flexibles y fuertes o circuitos de procesamiento rápido. También es adecuado como material para diversos sensores. Un limpiador ultrasónico Los métodos existentes para la fabricación de grafeno requieren un equipo costoso, especializado y con complejos procedimientos de fabricación. En el Nuevo método propuesto, la máquina más compleja para producir láminas de grafeno es un limpiador ultrasónico, un equipo común en muchos laboratorios. Según explican los científicos, a nivel molecular, el grafito se asemeja a un sándwich compuesto de muchos estratos de grafeno. Estos estratos son difícilmente separables. Para debilitar las interacciones entre ellos, oxidaron el grafito. El polvo obtenido de este modo – óxido de grafito – se suspendió en agua posteriormente y se colocó en un limpiador ultrasónico. Los ultrasonidos separaron las láminas oxidadas de grafeno unas de otras y se obtuvieron escamas de óxido de grafeno con un espesor de aproximadamente 300 nanómetros. Los investigadores tuvieron que superar algunas dificultades, como la presencia de oxígeno en los compuestos, que cambiaba las propiedades físicoquímicas del material de conductor a aislante. Una publicación que describe el nuevo método apareció a principios de este año en la prestigiosa revista Chemical Communications. En la actualidad, los investigadores continúan su trabajo intentando disminuir el espesor del grafeno.

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Fig. 12: carbono.

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 Mejoran obtención de gas natural mediante membranas de grafeno Una reciente investigación de científicos de la Universidad de Colorado proyecta grandes avances hacia la creación de membranas eficaces energéticamente para producir gas natural y a su vez reducir emisiones de Dióxido de Carbono en las populares chimeneas térmicas o tubos de escape de vehículos. Como es sabido el grafeno consiste en una sola capa de átomos de carbono colocados en una retícula hexagonal, similar a la de un panal de miel. El equipo de científicos está conformado por Scott Bunch, John Pellegrino, Steven Koenig y Luda Wang, de la Universidad de Colorado en Boulder, Estados Unidos, en el desarrollo de la investigación crearon poros nanométricos en láminas de grafeno mediante un proceso de grabado oxidativo inducido por luz ultravioleta, luego se midió la permeabilidad a varios gases en las membranas de grafeno poroso. El equipo de científicos hicieron experimentos con diversos gases incluyendo hidrógeno, dióxido de carbono, argón, nitrógeno, metano y hexafluoruro de azufre, cuyas moléculas están en el rango de entre 0,29 y 0,49 nanómetros, demostrando así el potencial que tiene el nuevo descubrimiento para permitir separar gases basándose en el tamaño de las moléculas. En el mismo sentido, los científicos afirman que el grafeno es un material ideal para crear una membrana de separación debido a sus características especiales, ya que incluyen su durabilidad y que no necesitan mucha energía para empujar a las moléculas por la membrana. Aún habrá que superar otros desafíos técnicos antes de que la tecnología pueda utilizarse en la práctica. Uno de ellos, es desarrollar un proceso práctico para crear con la debida precisión nanoporos de los tamaños deseados.

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 Nokia decide incorporar el grafeno en sensores para sus cámaras de fotos Nokia ha decidido apostar al futuro de su tecnología por la incorporación del grafeno para los sensores de las cámaras de sus teléfonos móviles, la compañía situa al grafeno como un material interesante a la hora de utilizarlo para construir cámaras para teléfonos móviles gracias a la capacidad de absorción de luz del grafeno, esto hace que el material sea un excelente candidato para fabricar unidades que sean más delgadas que los que actualmente se desarrollan basadas en sensores CMOS. Nokia, por su parte, ya piensa en el grafeno para el desarrollo de sus futuros sensores. Precisamente una de las cualidades que hemos descrito de este compuesto, su alta transparencia, sitúan el grafeno como un material muy interesante a la hora de emplearlo para construir cámaras para móviles. Y es que la capacidad de absorción de luz de este compuesto lo sitúa como un excelente candidato para fabricar unidades que, además, puedan ser notablemente más delgadas que las que actualmente se desarrollan basándose en sensores CMOS. Pensemos, así, en unidades como la del citado Nokia 808 PureView, aunque evitando la joroba que describe este móvil a causa de la cámara que instala a la espalda del terminal. Además, como decimos, el abaratamiento en los costes que van ligados al grafeno permitirían, entre otras cosas, la producción de sensores basados en esta tecnología con una inversión bastante menor. Por desgracia, por el momento no se conoce cuándo este tipo de cámaras serán una realidad más allá del camino que ha iniciado por la vía de la investigación, por lo que habrá que ser pacientes de cara a ver el primer móvil de Nokia que lleve un sensor basado en grafeno. Es más que probable que antes de que llegue ese momento, este material ya se deje ver en procesadores hiperveloces o en pantallas flexibles dotadas de una importante resistencia a roturas.

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Fig.13: sensores de cámara.

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 Nueva técnica permitirá crear chips ultradelgados basados en grafeno El equipo investigador del químico Jiwoong Park de la Universidad de Cornell, Ithaca y Nueva York, han inventado una forma de organizar siguiendo un patrón determinado, películas de nitruro de boro (aislante) y de grafeno de un solo átomo de espesor, sin usar en ellas un substrato de silicio. Esta nueva técnica podría conducir al desarrollo y fabricación fácil de circuitos con grosor atómico y libres de substratos ya que por su delgadez extrema podrían flotar en el agua o en el aire. Este revolucionario método de fabricación el cual utiliza la misma tecnología básica de fotolitografía usada en el procesamiento de obleas de silicio, se permite que el grafeno y el nitruro de boro conformen películas del todo planas, estructuralmente lisas, sin arrugas ni desniveles. Este paso de producción, si se complementa con el paso final, que todavía no se ha logrado poner en práctica satisfactoriamente y que consiste en introducir un material semiconductor, podría conducir al primer circuito integrado con el grosor de un solo átomo. El equipo de investigación ahora trabaja para determinar qué material funcionaría mejor con las películas delgadas de grafeno y nitruro de boro para constituir la última capa semiconductora que podría convertir las películas en circuitos reales. En el trabajo de investigación y desarrollo también han intervenido David A. Muller, Mark Levendorf y Cheol-Joo Kim. Los circuitos integrados que están dentro de los equipos electrónicos de todo tipo y que están hechos de silicio cuidadosamente trabajado, son bastante delgados pero algunos científicos piensan que el grosor de las películas delgadas que se utilizan en ellos se puede reducir aún más, hasta el nivel de un solo átomo. Los materiales que un grupo de científicos ha escogido para intentar eso son el grafeno y el nitruro de boro hexagonal. El grafeno es un singular material que consiste en una sola capa de átomos de carbono colocados en una retícula hexagonal similar a la de un panal de miel. El nitruro de boro hexagonal consiste en una estructura también delgada hecha de átomos de boro y nitrógeno dispuestos en un patrón repetitivo.

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Fig.14: separación de láminas de grafeno.

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 Pablo Jarillo-Herro líder en investigación del Grafeno

Fig.15: Jarillo herro. El físico valenciano Pablo Jarillo-Herro lidera la investigación en ciencia básica del material del futuro: el grafeno. Desde su propio laboratorio en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) estudia las propiedades electrónicas y ópticas de este compuesto. Sólo en 2012 ha publicado cinco importantes trabajos en Nature Journals y Physical Review Letters. El próximo martes recibirá el mayor honor otorgado por el Gobierno de Estados Unidos, el mismísimo Barack Obama le hará entrega del Premio Presidencial a Jóvenes Investigadores Científicos (PECASE). Jarillo-Herrero se alza así como el único español entre los 96 galardonados (sólo 11 en su campo) con este reconocimiento cifrado en un millón de dólares. La Casa Blanca destaca, en su comunicado oficial, la investigación ―pionera‖ del físico valenciano en ―los fenómenos de transporte cuántico del grafeno‖, así como su labor por extender el alcance de su trabajo al público general a través UNAC - EPIE Página 66

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de la prensa. ―No ha sido un camino fácil‖, explica Jarillo-Herrero a EL MUNDO. El científico tuvo que superar un sinfín de filtros para demostrarse merecedor de este premio. Primero ganó el galardón que entrega el Departamento de Energía del Gobierno de Estados Unidos. Después su nominación pasó a Presidencia entre muchos otros candidatos que investigan ―en todos los campos de la ciencia y la ingeniería‖. Finalmente, el próximo 31 de julio acudirá al Museo de Historia Natural de Washington para recoger su premio en una ceremonia oficiada por la Casa Blanca que incluye una recepción con Obama. Jarillo-Herrero agradece este reconocimiento presidencial que, por un lado, refuerza el ―prestigio‖ de su trayectoria y, por otro, apuesta por su trabajo con una ayuda de un millón de dólares para investigar durante cinco años (200.000 anuales). ―Mi investigación cuenta con otras fuentes de financiación, pero este dinero me permite mayor libertad para estudiar los temas que más me interesan‖, destaca. ¿Y qué capta la atención de este físico? Los nuevos materiales y sus propiedades optoelectrónicas. Su laboratorio de investigación en el MIT es ―líder‖ en el estudio de las cualidades del grafeno, que fue ―aislado de forma eficiente‖ por primera vez por los doctores Konstantin Novoselov y Andre Geim en 2004 (Premios Nobel de Física en 2010). ―Cuando se descubre un material interesante, éste actúa de forma distinta si se enfría o se somete a campos magnéticos muy altos‖, comenta. ―Entonces se producen una serie de fenómenos eléctricos y ópticos muy difíciles de describir utilizando únicamente la física clásica, por eso necesitamos la física de la mecánica cuántica‖, añade. En su trabajo más reciente, Jarillo-Herrero demostró que, cuando se ilumina con luz, la respuesta del grafeno es ―diferente‖ a la de los materiales convencionales como las células solares de silicio. ―Se produce un efecto fototermoeléctrico, en lugar de fotovoltaico‖, afirma. Este descubrimiento abre la hipótesis de que el grafeno podría servir para crear sistemas de captación de energía más eficientes. De momento, el joven científico no tiene pensado volver a casa. ―Es muy difícil encontrar las mismas condiciones de investigación en España que en un centro puntero como el MIT‖, señala. Del sistema estadounidense defiende la ―meritocracia radical‖ y el ―apoyo‖ que recibe la gente joven.

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 Papel electrónico flexible basado en grafeno será una realidad en 2015 Un grupo de investigadores encabezados por el investigador de la Universidad de Mánchester y el ganador del Premio Nobel por su estudio del grafeno Kostya Novoselov, publican un estudio donde estiman que el papel electrónico enrollable podría estar disponible en 2015, aunque solo como prototipo. Aún ―será necesario que los costes de fabricación desciendan antes de que esté en el mercado‖, afirman. Estos aparatos plegables ―podrían revolucionar la electrónica‖, añaden. En un futuro próximo, quizá hacia 2020, los investigadores creen que este material se podrá producir en la calidad y la cantidad necesaria para aplicarlo a las comunicaciones inalámbricas de alta velocidad o la generación de radiación THz, empleada en imagen médica. En el mismo sentido estiman que a partir de 2030, se podría pensar en construir diminutas sondas de grafeno con las que transportar fármacos teledirigidos contra tumores y, en último término, sustituir el omnipresente silicio por el nuevo material revolucionario llamado Grafeno. Primeras pantallas táctiles Uno de los cambios más inmediatos que se espera será el de las pantallas táctiles, durante los últimos años ha estado de moda en tablets y smartphones . Y todo gracias a que posee una extraordinaria flexibilidad mecánica y una resistencia química sin igual, muy superior a la de los materiales que se usan en la actualidad. Según los autores, las primeras pantallas táctiles de grafeno verán la luz en un plazo que va de los tres a los cinco años. Pero ese será solo el primer paso. De hecho, el grafeno abrirá toda una nueva era de «dispositivos flexibles». Una revolución tecnológica comparable a la que supuso el paso de las lámparas a los transistores, o de éstos a los circuitos electrónicos. En algo más de una década, los dispositivos electrónicos ya no serán rígidos, como sucede con los actuales, sino elásticos, lo cual les permitirá cambiar de configuración (de forma) y también de funciones según las necesidades de cada momento. Por ejemplo, el teléfono móvil (o, mejor dicho, dispositivo personal de comunicaciones) del futuro cercano podría ser una especie de lámina de plástico transparente, flexible y desplegable, de forma que podamos, a voluntad, llevarla en el bolsillo o desplegarla varias veces hasta que tenga el tamaño estandar de la pantalla de un ordenador. Cada usuario elegirá si quiere utilizar su dispositivo para habar por teléfono, para ver una película, para trabajar o para compartir documentos con sus contactos. «Papel electrónico» en 2015 UNAC

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En este camino, Novoselov cree los primeros prototipos de «papel electrónico» estarán disponibles en 2015, inaugurando toda una revolución en el campo de la electrónica. Sin embargo, la capacidad de predecir las fechas de llegada de las diferentes aplicaciones del grafeno tiene sus límites. Y depende, entre otras cosas, de la calidad del grafeno que sería necesaria para convertirlas en realidad. Por ejemplo, los investigadores estiman que el desarrollo de redes de comunicaciones inalámbricas ultraveloces, o de dispositivos ultraprecisos de diagnóstico médico por imagen podrían no estar disponibles hasta finales de la década de 2020, mientras que para los nuevos fármacos contra el cáncer, o la sustitución completa del silicio (por grafeno) habría que esperar hasta 2030. La razón es que los procedimientos para obtener grafeno son, hoy por hoy, muy complejos. Y se complican más cuanto mayores sean las exigencias de calidad para el nuevo material. En su artículo, los autores también detallan los diferentes métodos actuales de producción del grafeno, mucho mejores de los que ellos mismos utilizaron en 2004. Cada uno de estos métodos produce variedades de grafeno con potenciales diferentes, que van desde la fabricación delos citados «dispositivos flexibles» a las «super baterías», los cristales inteligentes o los escudos electromagnéticos. Se buscan nuevas aplicaciones En palabras del Novoselov, «el grafeno tiene el potencial de revolucionar muchos aspectos de nuestra vida al mismo tiempo. Algunas aplicaciones podrían aparecer en los próximos años, mientras que otras necesitan aún de muchos años de duro trabajo. Las diferentes aplicaciones requieres diferentes calidades de grafeno y las que usan la calidad más baja serán las primeras en aparecer, seguramente en los próximos años, mientras que las que necesiten las calidades mayores pueden tardar aún décadas». Sin embargo, y dado que en los últimos año el desarrollo del grafeno (tanto en su fabricación como en sus aplicaciones) ha sido explosivo, «las expectativas con respecto al grafeno no dejan de crecer rápidamente». Para Novoselov, «el grafeno es un cristal único, en el sentido de que, por sí solo, ha usurpado un buen número de propiedades superiores, tanto mecánicas como electrónicas. Lo cual sugiere que se presta plenamente al desarrollo de nuevas aplicaciones, desarrolladas específicamente para este material, en lugar de utilizarlo como sustituto de otros materiales en aplicaciones ya existentes». «Una cosa es cierta -afirma el investigador- y es que científicos e ingenieros continúan buceando en las posibilidades que ofrece el grafeno y, en ese camino, nacerán muchas más ideas para nuevas aplicaciones».

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Por su parte, Volodya Falko, de la Universidad de Lancaster y coautor del estudio (en el que han colaborado también empresas como Texas Instruments, AstraZeneca, BASF o Samsung), sostiene que «con nuestro trabajo, intentamos estimular el conocimiento de ingenieros, innovadores y emprendedores sobre el enorme potencial del grafeno para mejorar las tecnologías existentes y generar nuevos productos».

 Propiedades del grafeno varían ante presencia de otros materiales El Instituto Tecnológico de Massachusetts en sus mas reciente investigaciones sobre el grafeno afirma que una de las propiedades del material es que este puede variar según ante la presencia de otros materiales, el proyecto de investigación que ha sido desarrollado por el MIT y financiado en conjunto por la Oficina de Investigación Naval de la Marina de Estados Unidos. Las conclusiones de dicha investigación han sorprendido bastante al equipo del MIT porque dependiendo del sustrato sobre el cual se deposite el grafeno, las propiedades de este -conduccion de electricidad y/o interacción química con otros compuestos- varían considerablemente. Los investigadores responsables de este estudio son; Michael Strano, Charles Roddey, Qing Hua Wang e Hilda Roddey del Departamento de Ingeniería Química del MIT esperaban que independientemente del sustrato el grafeno se comportase de la misma forma, algo que si cumple con otra alotropía del carbono y que es en este caso sería el grafito. Nos sorprendimos bastante al descubrir esta alteración del comportamiento. […] El grafeno es muy extraño y contradictorio. En vista que las ―Hojas de Grafeno‖ son un material de poco espesor y según pruebas realizadas, dependiendo del sustrato, se obtenía un comportamiento u otro. En el caso de dióxido de silicio que es uno de los materiales que se usan en la fabricación de chips, el grafeno puede reaccionar frente a distintas sustancias químicas a las que es expuesto, pero, cuando se cambia el sustrato por nitruro de boro, el material no reaccionaba. El grafeno puede activarse o desactivarse según el sustrato que se utilice El grafeno puede activarse o desactivarse debido a que el material es muy fino, el campo eléctrico que se forma en el material sobre el que se apoya adecta fuertemente el comportamiento del material. Se puede decir que gracias a la anterior propiedad se podría fabricar UNAC - EPIE Página 70

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dispositivos que usen dos sustratos distintos que puedan reaccionar ante la presencia de determinados compuestos químicos, ejemplo se puede fabricar sensores con los que se rastrean materiales biológicos, químicos o materiales como el cobre ya que el grafeno impide la oxidación de este metal. Es posible, gracias al grafeno, desactivar por completo la corrosión del material casi “por arte de magia” depositando una capa de grafeno. Esta investigación es muy útil porque deja la base para otras investigaciones abiertas sobre el grafeno para desarrollar usos prácticos o su integración en dispositivos electrónicos. Dados que una de las propiedades del grafeno en esta investigación parece depender del sustrato sobre el que se apoye, se pueden desarrollar múltiples tipos de sustratos y reactivos con los que se entraría a desarrollar sensores o, incluso, explorar las propiedades del grafeno cuando además de estar apoyado sobre un sustrato se deposita sobre el material otro compuesto distinto (configuración bicapa), algo que según el MIT arrojará propiedades distintas y, por tanto, ampliarán el abanico de usos de este material.

Fig.16: Nano tubos

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 Propiedades electrónicas del grafeno se presentan como un mosaico irregular Propiedades electrónicas del grafeno se presentan como un mosaico irregular Científicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) han descubierto que las propiedades electrónicas del grafeno se presentan como un mosaico irregular. Según los expertos, este conocimiento abre la puerta al diseño de dispositivos en los que se puedan controlar las propiedades electrónicas del grafeno a través de una interacción grafeno-substrato definida por el usuario. Científicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) han descubierto que las propiedades electrónicas del grafeno se presentan como un mosaico irregular. Según los expertos, este conocimiento abre la puerta al diseño de dispositivos en los que se puedan controlar las propiedades electrónicas del grafeno a través de una interacción grafeno-substrato definida por el usuario. El grafeno es un material atómicamente fino con interesantes propiedades y un prometedor futuro en la industria electrónica. No obstante, las características y rendimiento de los sistemas electrónicos basados en grafeno varían de dispositivo a dispositivo. Esta variabilidad se debe a la interacción con la superficie (substrato) sobre la que yace el grafeno, que generalmente es óxido de silicio. Se sabe que la interacción grafeno-substrato tiene su origen en las cargas eléctricas atrapadas en el substrato, la cuales generan un campo eléctrico suficientemente intenso como para modificar localmente a escala atómica las propiedades electrónicas del grafeno. Ahora, el estudio de la UAM, publicado en la revista ‗Carbon‘, ha encontrado que el efecto de una carga eléctrica individual alcanza una distancia de unos 5 nanómetros, y que la distribución de las cargas atrapadas en el substrato es irregular, aunque la distancia promedio entre las mismas es de unos 20 nanómetros. De esta forma, aproximadamente un tercio de la superficie del grafeno tiene sus propiedades electrónicas fuertemente distorsionadas, formando algo parecido a un mosaico irregular de ―inhomogeneidades‖ electrónicas. Para llevar a cabo este trabajo, los investigadores de la UAM desarrollaron un instrumento especial: un microscopio combinado de fuerzas atómicas y efecto túnel capaz de detectar las inhomogeneidades en las propiedades electrónicas del grafeno, depositado sobre substratos tanto conductores eléctricos como aislantes. Los expertos han indicado que el trabajo profundiza en el conocimiento de la interacción electrónica grafeno-substrato, abriendo la puerta al diseño de dispositivos en los que se puedan controlar las propiedades electrónicas del grafeno a través de una interacción grafeno-substrato definida por el usuario. UNAC

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Fig. 17

Para entender más claramente el efecto de la anterior reacción electrónica del Grafeno en la interpretación del mosaico irregular propuesta por los académicos de la UAM, la misma institución señala que aproximadamente un tercio de la superficie del Ggrafeno tiene sus propiedades electrónicas fuertemente distorsionadas, lo cual forma una estructura semejante a un mosaico irregular de lo que es denominado ―inhomogeneidades‖ electrónicas. El documento refiere que para realizar este experimento, los científicos tuvieron que desarrollar un microscopio combinado o como ellos mismos denominan ―microscopio efecto túnel‖ que combina fuerzas atómicas y de efecto túnel que en conjunto son capaces de detectar las inhomogeneidades en las propiedades electrónicas del Grafeno, depositado sobre los sustratos tanto conductores eléctricos como aislantes. ―En suma, el trabajo profundiza en el conocimiento de la interacción electrónica Grafeno-substrato, abriendo la puerta al diseño de dispositivos en los que se puedan controlar las propiedades electrónicas del Grafeno a través de una interacción Grafeno-substrato definida por el usuario (…)‖, aseguran los investigadores.

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 Supe condensadores de grafeno pueden cargar hasta 1000 veces más rápido que las baterías de hoy en día Condensadores electroquímicos llamados comunmente supercondensadores han ganado la atención recientemente como posibles reemplazos de las baterías. Al momento los condensadores que se han utilizado para hacer las pruebas solo han dado resultados en accesorios de computadora como son los ratones, ejemplo la empresa Genius ha creado un ratón (actualmente a la venta) inalámbrico con capacitador como método de alimentación único, que es capaz de ofrecer hasta una semana de uso con tan sólo tres minutos de carga. Lo anterior puede cambiar a medida que los investigadores de UCLA dicen haber encontrado una manera de aumentar su densidad de energía y los convierten en una alternativa viable para las baterías, estos nuevos supercondensadores utilizan electrodos construidos a partir de grafeno, un prometedor material de alta tecnología que ya ha mostrado excelentes propiedades mecánicas y eléctricas que demuestra excelentes atributos electroquímicos en la tensión mecánica de alta según la investigación de la UCLA, que se publica en el actual edición de Science. Los científicos afirman que sus supercondensadores cargan casi tanto como una batería normal, pero vienen con una característica que podría transformar la manera en que usamos los gadgets y otros productos con batería, como coches eléctricos. Richard Kaner, profesor de química y ciencia de materiales e ingeniería, dice: ―Estos supercondensadores ―cargan y descargan de un cien a mil veces más rápido‖ que las baterías normales.‖ Su estudio incluyó una explicación de cómo producir con eficacia ―alto rendimiento‖ en supercondensadores a través de un enfoque de estado sólido que evita la reapilado de las hojas de grafeno, el anterior proceso para crear estos dispositivos de alimentación que curiosamente está basado en la manera en la que los discos ópticos (DVD) son cubiertos por una fina capa de óxido de grafico que después se trata con laser lo que puede producir electrodos de grafeno. Teléfonos,

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tablets,

ordenadores,

coches

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eléctricos,

todos

podrían

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aprovecharse de esta tecnología, para decir verdad sería fabuloso cargar nuestros dispositivos en minutos sin estar atado a la espera de horas como es en la actualidad.

 BASF anuncia que invertirá en el Grafeno BASF y el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros (MPI-P por sus siglas en inglés) anunciaron la apertura de su nuevo Centro de Innovación de Materiales de Carbono (CMIC), en Ludwigshafen, Alemania, el monto de la inversión será de aproximadamente 13 millones de dólares. Este proyecto se basa en el trabajo multidisciplinario de la investigación de los principios científicos y las aplicaciones potenciales de los nuevos materiales carbonizados como es el grafeno. El grafeno es un nuevo material con muchas propiedades y aplicaciones potenciales prometedoras; estas incluyen las celdas solares y pantallas táctiles, también es usado en ciertos componentes de la industria automotriz y materiales compuestos. Además, está estrechamente relacionado con grafito sólo que este nuevo material consta de sólo una capa atómica de carbono por lo cual puede conducir la electricidad y el calor de manera muy eficaz, es ultra- ligero y al mismo tiempo muy duro, es químicamente estable, elástico y prácticamente transparente. El equipo que trabajará en este proyecto está formado por doce miembros (químicos, físicos y científicos). En el laboratorio de 200 metros cuadrados se realizará la síntesis y caracterización de nuevos materiales así como la evaluación de sus posibles usos de la energía y aplicaciones electrónicas.

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Fig.18 : emblema de la compañía.

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 Baterías basadas en Grafeno encenderán los coches eléctricos del mañana Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer dirigido por el experto en nanomateriales Koratkar Nikhil en los Estados Unidos han desarrollado un nuevo ánodo basado en grafeno que puede ser cargado o descargado 10 veces más rápido que los ánodos de grafito que se utilizan actualmente en las baterías de litio. Para crear el material del ánodo los investigadores tomaron una hoja de papel de óxido de grafeno y posterior se introdujeron intencionalmente defectos utilizando para ello un láser o un flash de la cámara, esto produjo como resultado en el material innumerables grietas poros y otras imperfecciones, después de dicho proceso. Los iones de litio pueden utilizar las grietas en el óxido de papel de grafeno y atravesar rápidamente la hoja entera lo que significa cargas más rápidas en la batería. Koratkar y su equipo de Investigación confían en que su nueva batería es un escalón fundamental en el camino hacia la realización de este gran objetivo. Estas baterías también podría acortar significativamente el tiempo necesario para cargar dispositivos electrónicos portátiles de teléfonos y computadoras portátiles a dispositivos médicos usados por los paramédicos y rescatistas. Los investigadores afirman que este descubrimiento está listo para su comercialización y ya solicitaron una patente para este descubrimiento. El siguiente paso en su proyecto es conectar el ánodo nuevo con un cátodo de alta potencia y crear una batería completa.

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 Buscan reducir el peso de las piezas de plástico con ayuda del Grafeno El Instituto Tecnológico del Plástico AIMPLAS es una de las 13 empresas de siete nacionalidades distintas que participan en el proyecto europeo de cooperación Nanomaster. El proyecto, que comenzó el pasado mes de diciembre, cuenta con una financiación de 4,2 millones de euros bajo el 7º Programa Marco, y tiene una duración prevista de cuatro años. El objetivo de Nanomaster es la reducción de la cantidad de plástico en un 50%, con la consiguiente reducción de peso de la pieza final, además de conferirle funcionalidades térmicas y eléctricas. Este objetivo está previsto que se consiga mediante el desarrollo de la nueva generación de nanocomposites reforzados con grafeno que podrán utilizarse en los procesos de producción masiva de piezas plásticas. Se ha demostrado que a escala laboratorio una carga baja de grafeno es capaz de mejorar de manera significativa las propiedades mecánicas y físicas de los polímeros. Sin embargo, la producción a nivel industrial sólo se ha desarrollado en Estados Unidos, donde hay disponible una serie de masterbatches y compounds termoplásticos basados en grafeno. Compuestos de grafeno y grafito El concepto de Nanomaster pasa por el desarrollo del conocimiento base de los procesos que se necesitan para el escalado de la producción de masterbatches y compounds termoplásticos de grafeno y grafito expandido que permita su comercialización industrial en Europa. La idea es incorporar estos productos intermediarios en los procesos de aditivación convencionales actuales. El buen desarrollo de estos materiales y procesos tendrá un efecto en la cantidad de polímero necesaria para fabricar las piezas plásticas cumpliendo con los mismos requisitos que inicialmente se les exigía. Este avance abrirá la puerta a un gran rango de aplicaciones permitiendo un posicionamiento de las empresas europeas en el resto del mundo. AIMPLAS tiene un papel importante en el desarrollo del proceso de compounding del grafeno y el grafito con matrices termoplásticas; sentando la base para el escalado a nivel industrial de este compound. Entre los socios también cabe destacar la participación de Avanzare, Timcal, Promolding y el Instituto Tecnológico Danés en el procesado de los materiales, y Röchling, Philips y Rolls-Royce como usuarios finales.

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 Científicos del MIT desarrollan nueva fuente de energía basada en nanotubos de carbono Científicos del MIT desarrollan nueva fuente de energía basada en nanotubos de carbono El grafeno y los nanotubos de carbono son formas alotrópicas del carbono cuyas propiedades (resistencia, flexibilidad, conductividad, etc) abren la puerta a su integración en múltiples aplicaciones en el campo de la electrónica.

Un grupo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, del inglés Massachusetts Institute of Technology), una institución de educación superior privada situada en Cambridge (Massachusetts) hay varios grupos de investigación que trabajan tanto con el grafeno como con los nanotubos de carbono, con este último material, un equipo ha conseguido desarrollar, a partir de los nanotubos, una nueva fuente de energía con la que alimentar sistemas electrónicos de tamaño reducido.

El equipo en cuestión, integrado por el Profesor Asociado del MIT Michael Strano y su equipo de investigación en el área de la nanotecnología, junto al profesor asociado del Royal Melbourne Institute of Technology (Australia)Kourosh Kalantar-zadeh, aprovecharon una reacción quimica producida en un grupo de nantotubos para generar electricidad. Lo que hizo este grupo de investigación fue recubrir los nanotubos de carbono con un material llamado nitrocelulosa que es inflamable y que al quemarse incrementó su temperatura generando una corriente eléctrica de gran intensidad.

Los nanotubos han demostrado una versatilidad y son fáciles de fabricar, se tenía conocimiento que eran capaces de producir electricidad al ser calentados, pero el sistema implementado en el MIT, denominado Nanodynamite es uno de los más simples y eficientes.

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Fig. 19.

Esta reacción podría utilizarse, por ejemplo, para desarrollar una nueva generación de baterías que alimentasen sistemas autónomos o sistemas embebidos, aumentando su autonomía sin necesidad de fabricar una batería de gran tamaño puesto que, precisamente, esta es una de las primeras aplicaciones prácticas para generar energía a escala nanométrica. El propio Kalantar-zadeh ha explicado el procedimiento en la última edición de la IEEE Spectrum Magazine y resaltado que la reacción química con la que generaron electricidad tiene una eficiencia de tres a cuatro veces superior a la generada por una batería de litio. Es dificil comparar este sistema con las baterías tradicionales, ya que el dispositivo basado en nanotubos puede generar electicidad a partir del calor, mientras que las baterías ―de toda la vida‖ se limitan a almacenar la electricidad producida por otro dispositivo y devolverla cuando el circuito al que están conectadas lo necesitan. En todo caso, el Nanodynamite se parece más a una pila que a una batería. Kourosh Kalantar-zadeh dice que ―al recubrir un nanotubo con un combustible denominado nitrocelulosa y encender uno de sus extremos la combustión y, por supuesto, el calor se propagó a lo largo de la estructura demostrando la buena conductividad de este material, generando además una corriente eléctrica de gran intensidad.‖ Si bien se trata solamente de un UNAC

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experimento, los resultados son lo suficientemente interesantes como para que se justifique una investigación más profunda, que podría producir el conocimiento necesario parta desarrollar una fuente de energía pequeña y eficiente con la que alimentar los dispositivos moviles del futuro.

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Fuentes De Información

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