MURA ETSAC 2014 - GRAFENO - ÁLVARO RODRÍGUEZ PÉREZ

1. Grafeno
-el material más fuerte conocido-
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2. ¿Que es el grafeno?
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El grafeno es un cristal bidimensional formado 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 m² pesa tan sólo
0,77 mg.
Es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano
(como panal de abeja) 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 nombre proviene de intercambio –en el vocablo grafito–
de sufijos: «ito» por «eno»: propio de los carbonos con
enlaces dobles. En realidad, la estructura del grafito puede
considerarse una pila de gran cantidad de láminas de
grafeno superpuestas. Los enlaces entre las distintas capas
de grafeno apiladas se deben a fuerzas de Van der Waals e
interacciones de los orbitales π de los átomos de carbono.
Representación artística del grafeno.

3. Propiedades mecánicas
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1. Alto módulo de Young: (≈10.000.000 Mpa)
2. Alta resistencia a fractura: (125 Gpa)
3. Relación de Poisson: (ν = 0.186)
Sin embargo, a pesar de esa elevada rigidez, las láminas de grafeno
tienen una gran flexibilidad, lo cual se atribuye al cambio en la
curvatura dado por el alargamiento reversible de los enlaces sp2.
Además, debido a la baja densidad de defectos en las películas, el
comportamiento elástico del grafeno refleja las propiedades
intrínsecas del enlace interatómico en toda su resistencia hasta el
punto de ruptura. Por consiguiente, la respuesta del grafeno se
debe considerar no lineal pues la gráfica tensión – deformación se
debe curvar sobre el punto máximo que indica la tensión de
ruptura.
Representación de una punta de diamante con un
radio de dos nanómetros empujando sobre una sola
hoja atómica del grafeno.
Hamaca hipotética de 1 m2 de superficie, podríamos
mantener un peso de 4 kg sin que rompiera. Así, la
hamaca pesaría menos de 1 mg, el equivalente a uno
de los pelos del bigote del gato.

4. Propiedades electrónicas
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1. Alta movilidad de electrones ≈ 200.000 cm² / (V · s)
(a temperatura ambiente)
2. Resistividad de la hoja de grafeno ≈ 10-6 Ω · cm
menos que la resistividad de plata (Ag), la resistividad
más baja sustancia conocida a temperatura ambiente.
3. Conductividad eléctrica alta ≈ 108 S·m-1
(resistividad eléctrica es también:
Uno de los aspectos más interesantes del grafeno es que sus
excitaciones de baja energía son fermiones de Dirac, sólo que estos
se mueven a una velocidad menor que la predicha por la
electrodinámica cuántica (EDC), pues vF es 300 menor que la
velocidad de la luz c. Por ello muchas de las propiedades inusuales
de la EDC aparecen en el grafeno pero a menores velocidades.
Material
Electrical
Conductivity (S·m-1)
Grafeno ~ 108
Plata 63.0 × 106
Cobre 59.6 × 106
Cobre recocido 58.0 × 106
Oro 45.2 × 106
Aluminio 37.8 × 106
Agua marina 4.8
Agua 0.0005 to 0.05
Queroseno 50 to 450 × 10-12
n-hexano 100 × 10-12
Aire 0.3 to 0.8 × 10-14

5. Propiedades ópticas
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1. El grafeno monocapa es un material casi transparente absorbe πα ≈ 2,3% de la luz blanca,
97,7% de transmisión. (donde α es la constante de estructura fina)

6. Propiedad autoreparadora
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Tras disparar un rayo de electrones sobre una lámina de grafeno, causando un pequeño agujero
en ella, se agregaron algunos átomos de carbono al agujero y acto seguido:
el grafeno comenzó a “tejer” el agujero, cerrándolo por completo.
La “calidad” de la reparación depende del tipo de carbono introducido. Si el carbono es puro, el patrón es exactamente
igual al que exhibe la lámina de grafeno, pero cuando usaron un hidrocarburo, el patrón fue mucho menos uniforme.

7. Propiedades
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•Alta conductividad térmica y eléctrica.
•Alta elasticidad y dureza.
•Resistencia (200 veces mayor que la del acero).
•Es capaz de lograr adherencia de otras partículas.
•Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible. (Se puede enrollar)
•Menor efecto Joule; se calienta menos al conducir los electrones.
•Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.
•Genera electricidad al ser alcanzado por la luz.
https://www.youtube.com/watch?v=XDJRlBSXsow

8. ¿cómo y dónde se puede aplicar en la construcción?
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-En componente de materiales mecánicamente súper-resistentes y ligeros.
El grafeno tiene una resistencia 200 veces superior al acero, los científicos exponen las siguientes
analogías para alcanzar a comprender esto:

9. ¿cómo y dónde se puede aplicar en la construcción?
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-Un nuevo acero inoxidable:
La propiedades conductoras e hidrófobas del material pueden ayudar a prevenir la corrosión al
rechazar el agua y detener las reacciones electroquímicas que transforman el hierro en óxido
férrico o herrumbre.

10. ¿cómo y dónde se puede aplicar en la construcción?
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-Pintura para dar energía a las fachadas:
Creación de superficies formadas por finas capas flexibles, capaces de absorber luz solar y
producir electricidad suficiente para competir con los paneles solares convencionales. El nuevo
material está formado por varias capas de materiales, con el que podría llegar a fabricarse
una pintura solar (muy eficiente) que incluso tendría la capacidad de cambiar de color.

11. ¿cómo y dónde se puede aplicar en la construcción?
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-Un vidrio de blindaje:
mezclando en la cocción partículas de grafeno se puede conseguir la posibilidad de fabricar
vidrios laminados ultrafinos y a la vez antivandálicos y antibalas para escaparates de bancos y
demás comercios.
-Composites para materiales en revestimientos de fachadas y de interior:
Por su ligereza y extraordinaria flexibilidad unido a su resistencia, formará parte de acabados
para fachadas ya que además se puede mezclar con elementos inorgánicos sin deteriorarse.
-Y, se está estudiando si podrá ser el sustitutivo del acero corrugado para su integración con el
hormigón en la ejecución de estructuras armadas.

12. Otras propiedades de interes
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Medicina:
Dado el efecto antibacteriano del grafeno y el hecho de que puede ser producido en grandes
volúmenes, este material podría utilizarse para vendajes, envases para alimentos o para fabricar
prendas de vestir y calzado sin olor.
Energia:
Una batería de un teléfono celular fabricada con las técnicas que han desarrollado en la
universidad estadounidense se cargaría en 15 minutos y duraría una semana.
Aeronautica:
Los aditivos de combustible fabricados con partículas minúsculas de grafeno podrían lograr que
los aviones supersónicos vuelen aún más rápido y que sus motores lleguen a contar con mejores
condiciones de eficiencia y protección de la sostenibilidad ambiental.

13. Costes
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Su fabricación es extraordinariamente barata y cualquier laboratorio
puede obtenerlo, ya que el carbono es un material ampliamente
conocido.
En 2008, el grafeno producido por exfoliación era uno de los materiales
más caros sobre la Tierra: una muestra de tamaño similar a la sección
transversal de un cabello humano costaba más de 80M€ (alrededor de
80 millones de € cada cm2).
Desde entonces, los procedimientos de exfoliación se han ampliado a
escalado industrial, y hoy día las compañías venden grafeno por
toneladas.
Por tanto, en un período de tiempo de sólo un año el cm2 ha pasado
de 80M€ a 80€. Incluso se ha conseguido hoy día grafeno a más bajo
coste a partir de níquel, tal y como describen recientemente científicos
coreanos a partir de obleas de hasta 80 cm.

14. Grafeno dentro de 30 años
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https://www.youtube.com/watch?v=da4LhzHMQoA

15. Páginas de interés
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http://grafeno.com
http://grafeno.com/crean-la-bateria-de-grafeno-que-dura-mas-de-una-semana-y-se-carga-en-15-minutos/
http://www.bbc.co.uk/mundo/noticias/2011/11/111107_tecnologia_celulares_transparentes_mr.shtml
http://alt1040.com/2011/09/grafeno-electronica-2024
Nanotechweb.org
http://ciencianet.com.ar/222/el-grafeno-continua-sorprendiendo
http://www.neoteo.com/grafeno-el-material-de-dios
http://youtu.be/zrQz1CQO8yo
http://www.iesfuentenueva.net/proyecto/index.php?option=com_content&view=article&id=1440:el-grafeno-
y-su-uso-en-la-informatica&catid=57:general&Itemid=82
http://youtu.be/u_WWL6ckU80
http://angstronmaterials.com/in-the-news/new-high-quality-graphene-oxide-product/
http://the-bunker.foroactivo.net/t546-pantalla-de-grafeno-no-coment
http://www.theinquirer.es/2011/09/05/samsung-investiga-con-grafeno-en-las-memorias-flash.html
http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/12759352/Con-el-grafeno-se-podrian-crear-celulas-solares-
perfectas.html
http://uipoo.org/2011/grafeno-2
http://recursostic.educacion.es/observatorio/web/cajon-de-sastre/38-cajon-de-sastre/965-grafeno-iel-
inminente-impacto-sobre-nuestra-vida-cotidiana
http://www.gestiondecolor.com/blog/i/33661/128/las-tintas-conductoras-basadas-en-grafeno-estan-
revolucionado-el-mercado-de-la-electronica-impresa