1. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
FACULTAD: ING. QUIMICA
CURSO: DHTIC
DESARROLLO DE HABILIDADES EN EL
USO DE LAS TECNOLOGIAS DE LA
INFORMACION YLA COMUNICACION
FACILITADOR: YARED ELSA RUIZ
MORALES
ENSAYO FINAL
“EL NANOMATERIAL DEL
FUTURO”

2. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
2012
EL GRAFENO:
NANOMATERIAL
DEL FUTURO
El Grafeno es el material que va a revolucionar completamente la
forma de vida actual. En el 2004 se dio a conocer como el material
más fuerte del mundo; no siendo esta su única cualidad. Sus diversas
propiedades lo colocan entre los materiales más asombrosos del
momento y sus aplicaciones prometen dar un cambio drástico a todo lo
que conocemos actualmente, éstas van desde la electrónica a la
medicina.
 Alfonso Pérez Huerta
 Bertha Elena Sánchez López
 Cristian Núñez Delgado

 Flor Marcela Jiménez Toledo

13/07/2012
BENEMERITA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE PUEBLA

3. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
GRAFENO: EL NANOMATERIAL DEL FUTURO
INDICE
1. Introducción
2. Historia del Grafeno
3. Descripción del Grafeno
4. Extracción del Grafeno
5. Propiedades
5.1. Extrínsecas
5.2. Electrónicas
5.3. Físicas
6. Aplicaciones
6.1. Electrónica
6.1.1 Velocidad de proceso
6.1.2. Pantallas
6.1.3. Memorias flash
6.1.4. Celdas solares
6.2. Aeronáutica
6.3. Blindaje
7. Costos
8. Conclusión
9. Bibliografía
10. Citas textuales

4. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
INTRODUCCION
La nanociencia es una rama de la ciencia que estudia los procesos fundamentales
que suceden en las estructuras de tamaño muy pequeño, entre 1 y 100
nanómetros, (1nm = 1x1 m) las cuales se conocen como nanoestructuras.
Dentro de esta encontramos a la nanotecnología, que es el área de investigación
que estudia, diseña y fabrica materiales o sistemas a escalas nanoscopicas y les
da alguna aplicación práctica.
El carbono es un elemento muy abundante e importante en la naturaleza.
Presenta una gran facilidad para unirse consigo mismo y con otros átomos
pequeños a punto de formar más de 10 millones de moléculas diferentes y con
características específicas. Dentro de estas estructuras del carbono encontramos
al Grafeno, una lámina de carbono cuyo espesor puede ser de un solo átomo, que
muestra propiedades electrónicas, físicas y químicas exóticas revistiendo un gran
interés para la investigación fundamental y el desarrollo de nuevos materiales. En
consecuencia estas características, que lo hacen único, abre un amplio panorama
de usos y aplicaciones al quehacer científico que toca diversas áreas de desarrollo
tecnológico, lo que pone de manifiesto que con este material podríamos
revolucionar el mundo de la tecnología y si las investigaciones actuales generan
los resultados esperados, se podría llegar a mejorar la calidad de vida de las
personas, obteniendo provechosos beneficios que jamás se llegarían a alcanzar
con otro tipo de material, de aquí la importancia de nuestro trabajo que pretende
divulgar un poco de lo que es el asombroso mundo de la nanociencia, e interesar
a los jóvenes estudiantes en estas áreas de investigación, básica y aplicada. Con
el propósito de lograr que nuestro país no se quede a orillas del desarrollo
tecnológico, como ha sucedido en generaciones anteriores, sino ir cada vez más a
la par del progreso de estas innovaciones, ya que nos encontramos en un mundo
en continua globalización y crecimiento tecnológico.

5. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
HISTORIA
Con los nuevos artículos y demás información publicada acerca del Grafeno se
podría pensar que es un descubrimiento reciente, pero fue conocido desde
mediados del siglo XX. Su estructura y enlace fueron descritas en 1930, la
estructura de bandas electrónica fue calculada por primera vez por Wallace en
1949, lo que explicaría la capacidad de conducción de electrones a través de las
distintas capas de este material, que consiste en capas de átomos de carbono
unidos entre sí. Pero estos descubrimientos e investigaciones no fueron tomados
en cuenta, debido a que Peierls en 1934 y 1935 junto con Landau en 1937
demostraron teóricamente que este material era termodinámicamente inestable
sobre todo a temperatura ambiente. Fue en el año de 1994 donde se adoptó el
nombre de Grafeno después de usarse indistintamente con monocapa de grafito,
en el campo de la ciencia de superficies.
Fue hasta el año de 2004 que se obtuvo por primera vez el grafeno, a través del
grafito, fueron los investigadores, Andre Geim y Kostantin Novoselov de la
Universidad de Manchester, los que sintetizaron este material. Éstos recibieron el
premio nobel de Física en el 2010 por sus revolucionarios descubrimientos sobre
este material bidimensional. Desde entonces este material ha creado gran interés
para muchos científicos, por sus múltiples aplicaciones.
DESCRIPCION DEL GRAFENO
El Grafeno es una alotropía1 de carbono,
tiene la forma de un hexaedro (panal de
abeja), posee átomos de carbono y enlaces
covalentes, formados por la superposición de
los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.
1
Alotropía: Propiedad que poseen determinado elementos químicos; se presenta cuando tienen una misma
composición pero aspectos diferentes en un mismo estado de agregación de la materia, generalmente en el
estado solido. En el caso del carbono se presenta en forma de grafito, diamante, grafeno y fulereno.

6. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
Su nombre proviene de la palabra grafito la cual a su vez viene del griego grafein,
que significa “escribir”. (Revista Investigación y Ciencia, nº 381, pág. 54). El grafito
es una composición de muchas capas de Grafeno superpuestas.
Los enlaces entre las distintas capas de Grafeno, se debe a las fuerzas de Van
der Walls e interacciones entre los orbitales π de los átomos de carbono, lo más
impresionante es que una capa de Grafeno es muy estable, fuerte, flexible y
posee otras propiedades e implicaciones que van desde la física cuántica a la
electrónica de consumo.
EXTRACCIÓN DEL GRAFENO
Fue en el 2004 en el año en que el los investigadores Andre Geim y Kostantin
Novoselov, obtuvieron el Grafeno a través del procedimiento llamado exfoliación
micro mecánica, el cual consistió en pintar con un lápiz un papel; aplicar con un
trozo de celo al sombreado y transferir las adherencias a una superficie limpia.
Este procedimiento perfeccionado,
actualmente es el más utilizado para
obtener una monocapa de grafeno,
(Revista Investigación y Ciencia, nº
381). Aunque se han encontrado
diferentes maneras de extracción
tales como: aislar este elemento
intercalando átomos en la masa del
grafito separando las partículas
adheridas a los átomos insertados
mediante reacciones químicas, o
bien; la que consiste en agregar sustancias químicas entre las capas de átomos
que permite debilitar los enlaces entre ellas y así lograr la separación de las
láminas.

7. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
Se está investigando la posibilidad de obtener el Grafeno de una forma “cultivo”,
como se hace con otros compuestos del carbono. Solo que el Grafeno de “cultivo”
por deposición química y descomposición térmica no supera los resultados de la
exfoliación micro mecánica.
Este es un material prometedor por su amplio abanico de la ciencia y tecnología
por lo que se encuentra en un proceso de investigación para lograr resultados que
nos beneficien a la sociedad en general. Pero ¿Qué hay detrás de este gran
material?
PROPIEDADES
Propiedades Fisicoquímicas
El Grafeno se encuentra más expuesto a influencias externas que otros
materiales, los procesos de síntesis y crecimiento a presión atmosférica y
temperatura ambiente no permiten un control preciso del entorno.
Los electrones se desplazan por el material sin ser desviados por imperfecciones
en la sustancia ni por átomos extraños, ni siquiera son importantes las
perturbaciones que sufren los electrones a temperatura ambiente. De esta manera
las propiedades de conducción del Grafeno no llegan todavía a igualar las de los
semiconductores más utilizados en la fabricación de circuitos integrados. A pesar
de la limitada calidad de las primeras muestras, su especial estructura electrónica
ya ha permitido observar procesos como el efecto Hall cuántico fraccional.
“Las propiedades de conducción del Grafeno no llegan todavía a igualar las de los
semiconductores más utilizados en la fabricación de circuitos integrados,
obtenidos en salas blancas mediante un proceso finamente controlado.” (González
Carmona, J., Hernández Vozmedio, M. A., Guinea, F. (2010).

8. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
Propiedades electrónicas
Ahora sabemos que el Grafeno es un material fuera de
lo común puesto que sus propiedades electrónicas lo
sitúan en primer lugar entre el conjunto de los metales y
el de los semiconductores; ya que gracias a la forma de
las bandas del Grafeno sabemos que puede existir una
situación intermedia entre tener o no el nivel de Fermi2
en la brecha que separa las bandas de energía; ya que
el valle de la banda que esta desocupada con menor energía (banda de
conducción) lo encontramos pegado en un solo punto a la cima de la banda
ocupada que tiene la mayor energía (banda de valencia).
Spin trónica. Como consecuencia de la búsqueda de nuevos y cada vez más
pequeños dispositivos electrónicos, los físicos e ingenieros dedicados a la
investigación en el campo de la nanotecnología se encuentran con nuevas
propiedades y comportamientos extraños. A estos tamaños, la propiedad cuántica
de los electrones llamada Spin toma un rol muy importante en las propiedades del
nano sistema, como en el caso del Grafeno. Los dispositivos que usan esta
propiedad del electrón para realizar sus funciones forman lo que se denomina Spin
trónica o Magneto electrónica por analogía con la palabra Electrónica.
Propiedades físicas
Alta elasticidad y dureza: Los enlaces que forma el
carbono en la capa son muy fuertes y proporcionan
enorme solidez, unido a una gran flexibilidad. De
esta vez con gran capacidad de curvatura cundo se
le aplica un esfuerzo mecánico. Resistencia que es
hasta 200 veces mayor que la del acero.
2
Nivel Fermi: Nivel energético más alto ocupado por un electrón a 0ºK.

9. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
La tecnología día con día avanza, por ello es necesario estar informado de todos
aquellos nuevos productos que nos ayudan a tener una mejor calidad de vida, en
este ensayo, hemos estado hablando del Grafeno un nanomaterial que se ha
convertido en uno de los mas investigados en los últimos años, al cual gracias a
sus diferentes propiedades y características, es ahora un boom para la creación
de nuevas tecnologías.
Gracias a lo anterior, podemos ver que las vastas propiedades del Grafeno
prometen dejar una nueva generación de dispositivos electrónicos decenas de
veces más rápidos, pequeños e incluso plegables.
APLICACIONES:
Aquí van las diferentes aplicaciones, 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.
En los avances de la tecnología electrónica este material proporciona una
alternativa al silicio, diversos investigadores se han encargado de profundizar el
estudio para aprovechar al máximo la propiedad de conductividad tan
extraordinaria que presenta; gracias a estos estudios en la actualidad existen
nuevos transistores que aunque en un principio presentaron algunos problemas de
estabilidad hoy en día son bastante funcionales para la creación de circuitos
electrónicos, además de que al ser extremadamente pequeños y no oxidarse
prometen un futuro revolucionario en las pantallas, tablets ,entre otros dispositivos
electrónicos. Al mismo tiempo, se están creando memorias flash las cuales utilizan
la propiedad antes mencionada permitiendo una mayor capacidad de almacenaje
de información e incrementando la velocidad de proceso hasta 155GHz, éste
remplazo no solo se enfoca en las memorias sino que toma en cuenta una gran
variedad de dispositivos electrónicos.

10. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
Por otro lado, aprovechando la gran conductividad de este material se ha
promovido la creación de baterías que prometen dejar atrás a las existentes,
“Científicos de la Universidad de Northwestern en Estados Unidos han modificado
los materiales que componen las baterías hechas de ion de litio para aumentar su
potencia y su vida.”Ansuini C. (s.f.). Es así como podemos darnos cuenta que en
un futuro los dispositivos electrónicos tales como los celulares, computadoras
portátiles, los reproductores de música, tablets, y todo aquello que utilice este tipo
de baterías nos brindaran un
servicio a un mas eficaz ya
que una gran particularidad de
estas nuevas creaciones es
que almacenan por mas
tiempo la energía y son mas
duraderas, aunque como todo
con el paso del tiempo va
disminuyendo su capacidad
de estima que aun serán
mejores que las baterías que
estos dispositivos utilizan
actualmente.
Sin duda alguna las empresas
líderes en tecnología no dejan de estar al tanto de este prometedor material, y
algunas de ellas como Samsung, se han ayudado de la Universidad
Sungkyunkwa, de Corea del Norte, para fabricar en un futuro no muy lejano las
primeras pantallas enrollables (flexibles) táctiles y con circuitos invisibles que
serán tan fuertes como el acero. Martín A. (26/10/11).

11. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
Celdas Solares:
El uso del Grafeno para la creación de celdas
fotovoltaicas ya es una realidad, por su
capacidad para almacenar y conducir la energía,
ser transparente, rígido, ligero y flexible, se tiene
pensado aplicarlo a superficies irregulares o
directamente como ventanas, generando una
alternativa bastante económica y amigable con
la naturaleza. Paneles solares en base a
Grafeno (17/01/11).
Por otro lado, los avances de este peculiar nanomaterial se enfocan en otras áreas
(aeronáutica y blindaje).
Aeronáutica
Carburante para Aviones: Se ha comprobado que nano partículas compuestas
por fragmentos de Grafeno de escasos angstroms de espesor son capaces de
mejorar la efectividad en el encendido y la combustión. Los aditivos de
combustible junto con partículas de Grafeno podrían lograr que los motores
cuenten con mejores rendimientos y de eficiencia por tanto mejore la
sostenibilidad ambiental. Piacente P.J.(22/07/09)
Blindaje
Aplicaciones militares: Para el uso militar tampoco ha pasado desapercibido
este material, como ya se menciono este se ha catalogado como el mas fuerte del
mundo además de ser extremadamente ligero, delgado, es por ello que se ha
procurado su uso para la confección de chalecos antibalas, lo cual permite que
estos a su vez sean mas cómodos mas estéticos y pasen casi desapercibidos.
Sin dejar de lado su uso en los vehículos, cajas fuertes, y otros dispositivos de
seguridad.

12. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
CONCLUSION
El Grafeno es un material prometedor del que se esperan muchas aportaciones,
algunas de ellas se han expuesto claramente a lo largo del texto y muchas otras
aún no se conocen, sin embargo se sigue trabajando en ello para poder llegar a
mejores resultados que no solo nos brinden lo que necesitamos como sociedad en
general sino que este desarrollo se desenvuelva amigablemente con el medio
ambiente y sea accesible para un mayor número de personas.
Finalmente, podemos resaltar que el estudio de las propiedades exóticas del
Grafeno, ha puesto de manifiesto interesantes relaciones entre los modelos
usados desde ciencia e ingeniería química de materiales, como en física,
electrónica, hasta aplicaciones en el área de salud, todo esto gracias a la extensa
gama de propiedades y usos que nos ofrece, remarcando el esfuerzo y
colaboración de cientos de investigadores de todo el mundo. En este contexto
nuestra intención es adentrarlos para seguir las huellas de estas nuevas y
asombrosas investigaciones, ya que se vuelve una tarea para la sociedad buscar
un desarrollo sustentable cuando cada vez más el avance científico-tecnológico
impacta en nuestra vida cotidiana. Como lo menciono el científico espacial ruso
Konstantin Tsiolokovsky “los imposibles de hoy serán posibles mañana”.

13. EL GRAFENO: NANOMATERIAL DEL FUTURO
Bibliografía:
o González Carmona, J., Hernández Vozmedio, M. A., Guinea, F. (2010).
Electrónica del grafeno. Investigación y ciencia, (408), 42-49. Recuperado de:
http://www.investigacionyciencia.es/Archivos/09-10_Guinea.pdf
o Noboru, Takeuchi. (2009) Nanociencia y nanotecnología: la construcción de un
mundo mejor átomo por átomo (1 Edición) México: Secretaría de Educación
Pública: Universidad Nacional Autónoma de México: Fondo de Cultura Económica.
o Martínez, R. Marlon Doney (2011).Propiedades y aplicaciones del Grafeno.
Universidad del valle .Recuperado Junio 15, 2012, a partir de:
http://quimica.univalle.edu.co/enlaces/20111010_1.pdf
o Aguilar N., Duarte G., González A. (Nov. 2011) El Grafeno .SlideShare.
Recuperado Junio 15,2012, a partir de:
http://www.slideshare.net/dan-adr-nes/el-grafeno-pdf.
o Olmo, M.y Nave, R. (s.f.). Energías fermi e los metales. HyperPhysics. Recuperado Julio 11,
2012, a partir de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/fermi2.html
Citas Bibliográficas:
o González Carmona, J., Hernández Vozmedio, M. A., Guinea, F. (2010).
Electrónica del Grafeno. Investigación y ciencia, (408), 42-49. Recuperado de:
http://www.investigacionyciencia.es/Archivos/09-10_Guinea.pdf
o Ansuini C. (s.f.). ¡La batería que necesitas! CvcLaVoz. Recuperado (10/07/12) a
partir de: http://cvclavoz.com/comunicado-de-prensa/%C2%A1la-bateria-que-
necesitas/
o Martin A. (26/10/11). Posibles aplicaciones del Grafeno. Teknobing. Recuperado(
10/07/12) a partir de: http://www.teknobing.com/category/aplicaciones-web/
o Piacente P.J.(22/07/09) .El Grafeno facilitará motores más eficientes para aviones
supersónicos. Tendencias de la ingeniería. Recuperado (10/07/12) a partir de :
http://www.tendencias21.net/El-grafeno-facilitara-motores-mas-eficientes-para-
aviones-supersonicos_a3518.html
Paneles solares en base a Grafeno (17/01/11). Recuperado (10/07/12) a partir de:
http://www.everde.cl/2011/01/paneles-solares-en-base-grafeno.html