Aplicaciones del grafeno

Aquí van las diferentes aplicaciones del grafeno, desde las primeras, pantallas o radares, hasta las que se vendrán después, complejísimos circuitos eléctricos. Como declaraba uno de los expertos consultados, cualquier objeto, ropa, papel, ventanas o nuestro propio cuerpo, será electrónico. Además, no es nocivo para la salud, puesto que también nosotros estamos hechos de carbono.

Pantallas táctiles… flexibles, planas y transparentes. El óxido de indio, material clave hasta ahora para la industria, es escaso y caro, y el grafeno se está posicionando tanto en el área de dispositivos móviles como en células fotovoltaicas.

Sensores. El grafeno al ser tan fino detecta cualquier cambio en su superficie. El equipo de Tomás Palacios Gutiérrez, del departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencia de la Computación del Instituto Tecnológico de Massachusetts, trabaja en desarrollar prototipos de sensores, médicos como glucómetros, de calidad en alimentos, y en etiquetas de identificación de radiofrecuencia o etiquetas inteligentes. «Algunas de las aplicaciones serán sensores de glucosa y del conocido E. Coli en los plásticos que envuelven frutas. Con etiquetas inteligentes y si todos los objetos del mercado las tuvieran, pasarías por unos sensores que automáticamente identificarían el grafeno y te dirían cuánto tienes que pagar. Las actuales de silicio resultan caras», explica.

Células solares y fibra óptica. Se especula que el grafeno podría aumentar hasta 20 veces la velocidad de la transmisión  óptica de datos. El sueño para los internautas. Sin embargo, una de sus características, es su escasa absorción de luz (2,3 por ciento), lo cual representaba un problema tanto para su aplicación en nuevas generaciones de fibra óptica, fotodetectores  y paneles fotovoltaicos. Aunque parece que esta dificultad forma parte del pasado. Según publicaba en la revista «Nature Communications» recientemente un grupo conjunto de investigadores de la Universidad de Manchester (con la participación de los dos Nobel) y Cambridge, la capacidad de absorción de la luz ha aumentado 20 veces. «Hemos usado estructuras metálicas y se espera alcanzar el cien por cien. Colocadas encima y debajo concentran el campo eléctrico alrededor suyo. Como el grafeno absorbe por si sólo el 2,3 por ciento de lo que le llega, la concentración mejora la absorción», explica Andrea Ferrari, del departamento de Ingeniería de Cambridge.

Transistores. IBM anunciaba hace un año la creación de un transistor de 100 Ghz. Después le llegó el turno a los investigadores de UCLA; de la Universidad californiana salió un prototipo de laboratorio capaz de alcanzar una frecuencia de 300 GHz. «Los transistores son los interruptores que permiten que pase la corriente dentro de los procesadores de los ordenadores», explica Palacios. Determinan la velocidad de los procesos en función de la cantidad que dejan pasar; con el último transistor desarrollado, alcanzaría los 3.000 km por segundo.

Sobre la posibilidad de que Silicon Valley se transforme un día en Graphene Valley o, lo que es lo mismo, que el silicio desaparezca de la producción de dispositivos electrónicos, los expertos lo tienen claro. 2024 es el horizonte para un posible fin de la nanoelectrónica basada en silicio, cuando el límite de los siete nanómetros (un nanómetro es una millonésima parte de un metro) de distancia para 10.000 millones de transistores en cada chip se alcanzará (el recalentamiento impedirá meter más). Más allá, uno de los sustitutos es el grafeno «El problema del silicio será la disipación del calor, pero cuidado, el 99 por ciento de los aparatos se seguirán haciendo en silicio», explica Emilio Lora Tamayo, experto en transistores del Centro Nacional de Microelectrónica.

Uno de los problemas de la monocapa de grafeno es la «ausencia de banda prohibida». Es muy buen conductor pero, a diferencia de otros materiales, no tiene banda prohibida, que es la que permite interrumpir del todo el flujo de corriente. Con los transistores monocapa, el apagado no era una operación cien por cien eficiente. Hasta que se dio con el grafeno bicapa. Los investigadores de la Universidad de Manchester acaban de anunciar nuevos resultados en el estudio del material de dos capas, aunque «el problema es que todavía no hay un método bueno para crecer este grafeno en grandes proporciones», explica Palacios. Su uso sigue siendo muy limitado; falta un proceso productivo industrializado a gran escala.

Los expertos apuntan a que la posibilidad de posicionamiento inminente del grafeno está en la electrónica de bajo coste como pantallas táctiles, computadores plegables, radares,  que aun así no evitarán el silicio, «paredes emisoras de luz, como células solares pero al revés», explica Guinea.

Espintrónica. Yendo más allá, el grafeno podría cambiar la forma de trabajar de los transistores. Es el campo de la espintrónica «una revolución», explica Stephan Roche, del Instituto catalán de nanotecnología y experto teórico en este campo, que abrió el premio Nobel  de Física, Albert Fert.

Manipular directamente el electrón, controlando su giro de manera constante a grandes distancias y a temperatura ambiente. «El gran desafío es inyectar electrones con un espín definido en el grafeno y, a través de una acción externa (electroestática, mecánica o química), cambiar su giro de manera controlada. Hacer una especie de encendido. Si se lograra, podríamos tener en la misma plataforma almacenamiento y tratamiento de datos», explica Roche.

Sin renunciar a otras posibilidades. «Hay un debate enorme sobre nuevos estados de la materia, como la superconductividad encontrada en bicapas de grafeno. Tiene mucho interés», explica Guinea.

Industria aeroespacial. Las posibilidades en el espacio como compañero de la fibra óptica son numerosas. La condición: que se desarrolle una economía de escala, que la demanda crezca y que salga rentable producir grafeno. «En el sector aeronáutico  europeo la innovación es cuestión de supervivencia. A la larga si no, los chinos nos comerán crudos», afirma Roche.

Baterías para coches eléctricos. Los coches eléctricos siguen teniendo problemas de recarga. Son lentos a la hora de repostar y su autonomía no es la más eficiente. «El almacenaje es el campo de batalla. Se piensa en el grafeno como conductor. Los condensadores son dos placas conductoras separadas por una capa aislante. Mientras más delgada sea esa capa, más capacidad de almacenaje. Ése es el problema real», explica Lora.