Sectores que se benefician del grafeno

grafeno

¿Para qué puede usarse el grafeno? El grafeno es uno de los materiales más interesantes y versátiles del mundo, por lo que sus aplicaciones son enormes, y en este artículo, publicado recientemente por Graphene Flagship, veremos algunas de ellas. Graphene Flagship fue lanzado por la Unión Europea en 2013 como parte de su mayor iniciativa de investigación. Con un presupuesto de 1000 millones de libras, representa una nueva forma de iniciativa conjunta y coordinada de investigación a una escala sin precedentes. El objetivo general de Graphene Flagship es llevar el grafeno del ámbito de los laboratorios académicos a la sociedad europea, facilitar el crecimiento económico y crear nuevos puestos de trabajo, en el espacio de diez años. A través de un consorcio académico combinado industrial compuesto por más de 150 socios en más de 20 países europeos, el esfuerzo de investigación abarca toda la cadena de valor, desde la producción de materiales hasta la integración de componentes y sistemas, y apunta a una serie de objetivos específicos que explotan las propiedades únicas de grafeno.

¿Qué es el grafeno?

Se trata del primer material bidimensional del mundo, una capa única de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal que tiene un conjunto de propiedades únicas y excepcionales. Además de ser el material más delgado, fuerte y ligero conocido, el grafeno es flexible, impermeable a las moléculas y extremadamente conductor eléctrico y térmico.

El grafeno tiene mucho que ofrecer, ayudando a facilitar la próxima generación de tecnología: desde interconexiones para comunicación de datos hasta pantallas y envolturas. La naturaleza fuerte y flexible del grafeno hace que las pantallas flexibles y las baterías flexibles sean posibles. Su excelente capacidad de detección se puede utilizar en la próxima generación de dispositivos electrónicos portátiles y para desarrollar bloques de construcción para el Internet de las cosas.

El grafeno también está allanando el camino para diagnósticos y tratamientos novedosos, como en el campo de la administración de fármacos y los biosensores.

Dónde puede usarse el grafeno

Veamos algunos sectores que pueden beneficiarse de este material:

Compuestos y recubrimientos

La próxima generación de compuestos y recubrimientos puede mejorarse con el grafeno. Su excelente resistencia, conductividad, flexibilidad y naturaleza liviana son útiles para una amplia gama de aplicaciones. Desde revestimientos antiestáticos y anticorrosivos hasta compuestos ultra resistentes y ultraligeros, el grafeno no solo mejora el rendimiento de los materiales actuales, sino que también permite nuevos campos de aplicación. El grafeno puede desempeñar un papel clave en las industrias automotriz, aeroespacial y de la construcción, donde se puede utilizar para mejorar las propiedades de los paneles de los automóviles, las alas aeroespaciales o el hormigón. Como aditivo en recubrimientos, el grafeno podría usarse para impermeabilizar casas o evitar la oxidación de barcos. La conductividad y la flexibilidad del grafeno también lo convierten en un aditivo prometedor para plásticos termoconformados. El mundo de los composites y recubrimientos de grafeno está listo para crecer y convertirse en parte de nuestra vida cotidiana.

Sensores
A medida que la sociedad supera los límites de sus capacidades de detección, el grafeno tiene un papel importante que desempeñar. La gran superficie de grafeno, su alta conductividad eléctrica, propiedades ópticas únicas y alta conductividad térmica lo hacen ideal para sensores. Los sensores ultrasensibles basados en grafeno también pueden ser más pequeños, más livianos y menos costosos que los sensores tradicionales. Los sensores de grafeno pueden usarse de diferentes maneras:

– sensores de contaminación basados en gases, pH y medio ambiente.
– sensores de presión y tensión.
– sensores biológicos capaces de detectar moléculas como el ADN y muchos analitos diferentes, como la glucosa, el glutamato, el colesterol y la hemoglobina.

Los sensores de grafeno podrían mejorar nuestras vidas, desde la creación de envases de alimentos inteligentes que pueden monitorear la idoneidad de los alimentos para el consumo humano a sensores portátiles que pueden monitorear la salud en tiempo real.

Energía

La necesidad de producción y almacenamiento de energía crece constantemente. El grafeno y materiales relacionados (GRM), con su gran área de superficie, gran conductividad eléctrica, naturaleza ligera, estabilidad química y alta flexibilidad mecánica, tienen un papel importante que cumplir para satisfacer esta demanda tanto en la generación de energía como en el almacenamiento. Las células solares, las baterías, los supercondensadores, el almacenamiento de hidrógeno y las pilas de combustible son áreas en las que estos materiales pueden marcar la diferencia. Estos podrían usarse para producir dispositivos nuevos y únicos o integrados en dispositivos actuales para aumentar su rendimiento. Por ejemplo, el grafeno activado en superconductores permite usarse para el almacenamiento de energía y también aumenta su vida útil, capacidad de energía y tasa de carga para baterías de iones de litio. Para las generaciones de energía, los GRM, como el disulfuro de molibdeno, se pueden usar para extender la vida útil de las células solares. En el vídeo podéis ver la pantente de Samsung en este sentido.

Tecnologías biomédicas
A medida que la demanda de servicios de salud aumenta, también lo hace la demanda de soluciones sanitarias novedosas, más efectivas y que cuesten menos. El grafeno está facilitando el camino para diagnósticos y tratamientos novedosos gracias a sus propiedades únicas, como su gran superficie específica, movilidad de electrones y potencial de funcionalización, todo favorable para las tecnologías biomédicas. Por ejemplo, el área de superficie del grafeno es una excelente plataforma para la administración de fármacos y la conductividad lo convierte en biosensores efectivos. La capacidad del grafeno se puede utilizar en ingeniería de tejidos, por ejemplo.

Una nueva investigación ha demostrado que el grafeno se puede incorporar con un polímero para hacer sensores electromecánicos muy sensibles y que se puede usar para hacer mejores implantes cerebrales profundos. En el vídeo lo vemos en el MWC de hace unos años, en el sector de la medicina:

Electrónica

A medida que la industria de la electrónica se esfuerza por mantener su ritmo de innovación, el grafeno (que es flexible, fuerte, delgado y altamente conductivo) tiene mucho que ofrecer. Graphene puede ayudar a facilitar la próxima generación de tecnología de chips e interconexiones para la comunicación de datos a pantallas flexibles para tecnología portátil. Con la miniaturización como un importante factor impulsor de la industria electrónica, la delgadez del grafeno junto con su alta conductividad a temperatura ambiente muestra una gran promesa. En el dominio inalámbrico, se han construido los primeros prototipos de antenas de comunicación flexibles de campo cercano basadas en grafeno, proporcionando una solución muy competitiva para etiquetas flexibles de identificación por radiofrecuencia. Al combinar la capacidad del grafeno para integrarse en la electrónica con su excelente capacidad de detección, también se puede utilizar para proporcionar los bloques de construcción para Internet de las cosas.

En el vídeo podéis verlo usándose en forma de tinta:

Aquí lo veis en el sector de pantallas flexibles:

Fotónica y optoelectrónica

Las propiedades del grafeno lo hacen ideal para los sistemas optoelectrónicos y de comunicaciones ópticas de próxima generación. Sus excelentes propiedades eléctricas y absorción óptica de banda ancha son muy adecuadas para dispositivos optoelectrónicos de alto rendimiento, y se puede integrar fácilmente con sistemas fotónicos de silicio. Además, su flexibilidad, robustez y estabilidad ambiental tienen el potencial de habilitar dispositivos completamente nuevos. Las tecnologías basadas en grafeno están demostrando ser parte integral de la nueva generación de comunicaciones, como 5G e internet de las cosas, lo que permite sistemas de comunicación óptica de alto rendimiento a través de dispositivos optoelectrónicos ultrarápidos y compactos. Desde láseres e interruptores ópticos hasta comunicación inalámbrica y recolección de energía, el grafeno desempeñará un papel importante dentro del campo de la optoelectrónica.

Imagen de depositphotos

Juan Diego Polo

Estudió Ingeniería de Telecomunicaciones en la UPC (Barcelona), trabajando como ingeniero, profesor y analista desde 1998 hasta 2005, cuando decidió emprender creando wwwhatsnew.com.