El grafeno es una estructura de un solo átomo de grosor compuesta por átomos de carbono enlazados en una red hexagonal. Fue descubierto en 2004 y ha generado gran interés debido a sus excepcionales propiedades, como su alta conductividad térmica y eléctrica. El grafeno podría usarse para mejorar dispositivos electrónicos aunque no reemplazará completamente al silicio debido a limitaciones en su producción.

1. QUÉ ES EL GRAFENO (WIKIPEDIA)
El grafeno es una estructura laminar plana, de un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente
empaquetados en una red cristalina en forma de panal de abeja mediante enlaces covalentes que se formarían a partir de la
superposición de los híbridos sp² de los carbonos enlazados.
El Premio Nobel de Física de 2010 fue otorgado a Andre Geim y Konstantin Novoselov por sus revolucionarios descubrimientos
sobre el material bidimensional grafeno.
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La hibridación sp es la que mejor explica los ángulos de enlace, a 120º, de la estructura hexagonal. Como cada uno de los
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carbonos tiene cuatro electrones de valencia en el estado hibridado, tres de esos electrones se alojarán en los híbridos sp ,
formando el esqueleto de enlaces covalentes simples de la estructura y el electrón sobrante, se alojará en un orbital atómico de
tipo p perpendicular al plano de los híbridos. El solapamiento lateral de dichos orbitales es lo que daría lugar a la formación de
orbitales de tipo π. Algunas de estas combinaciones, entre otras, darían lugar a un gigantesco orbital molecular deslocalizado
entre todos los átomos de carbono que constituyen la capa de grafeno.
El nombre proviene de GRAFITO + ENO. En realidad, la estructura del grafito puede
considerarse como una pila de un gran número de láminas de grafeno superpuestas. Los
enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas se debe a fuerzas de Van der Waals e
interacciones entre los orbitales π de los átomos de carbono. Estructura cristalina del grafito
en la que se observan las interacciones entre las distintas capas de anillos aromáticos
condensados. En el grafeno, la longitud de los enlaces carbono-carbono es de
aproximadamente 1,42 Å. Es el componente estructural básico de todos los demás elementos
grafíticos incluyendo el grafito, los nanotubos de carbono y los fulerenos. Esta estructura
también se puede considerar como una molécula aromática extremadamente extensa en las
dos direcciones del espacio, es decir, sería el caso límite de una familia de moléculas planas de
hidrocarburos aromáticos policíclicos llamada grafenos.
Descripción
El grafeno perfecto se constituye exclusivamente de celdas hexagonales; las celdas pentagonales o heptagonales son defectos.
Ante la presencia de una celda pentagonal aislada, el plano se arruga en forma cónica; la presencia de 12 pentágonos crearía un
fulereno. De la misma forma, la inserción de un heptágono le daría forma de silla. Los nanotubos de carbono de pared única son
cilindros de grafeno.
El compendio tecnológico de la IUPAC establece: "anteriormente, se han utilizado para el término grafeno descripciones como
capas de grafito, capas de carbono u hojas de carbono... no es correcto utilizar para una sola capa un término que incluya el
término grafito, que implica una estructura tridimensional. El término grafeno debe ser usado sólo cuando se trata de las
reacciones, las relaciones estructurales u otras propiedades de capas individuales". En este sentido, el grafeno ha sido definido
como un hidrocarburo aromático policíclico infinitamente alternante de anillos de sólo seis átomos de carbono. La molécula más
grande de este tipo se constituye de 222 átomos; 10 anillos de benceno.
Propiedades
Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen:
 Alta conductividad térmica y eléctrica.
 Alta elasticidad y dureza.
 Resistencia(200 veces mayor que la del acero).
 El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo
que dota a este material de gran potencial de desarrollo.
 Soporta la radiación ionizante.
 Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.
 Menor efecto Joule, se calienta menos al conducir los electrones.
 Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.
Otras propiedades interesantes desde el punto de vista teórico son:

2.  Los electrones que se trasladan sobre el grafeno, se comportan como cuasipartículas sin masa. Los llamados fermiones
de Dirac. Dichos fermiones se mueven a una velocidad constante independientemente de su energía (como ocurre con
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la luz), en este caso a unos 10 m/s. La importancia del grafeno, en este aspecto, consiste en estudiar
experimentalmente este comportamiento que había sido predicho teóricamente hace más de 50 años.
 El grafeno presenta un efecto llamado efecto Hall cuántico, por el cual la conductividad perpendicular a la corriente
toma valores discretos, o cuantizados, permitiendo esto medirla con una precisión increíble. La cuantización implica que
la conductividad del grafeno nunca puede ser cero (su valor mínimo depende de la constante de Planck y la carga del
electrón).
 Debido a las propiedades anteriores, los electrones del grafeno pueden moverse libremente por toda la lámina y no
quedarse aislados en zonas de las que no pueden salir (efecto llamado localización de Anderson, y que es un problema
para sistemas bidimensionales con impurezas).
 Es casi completamente 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.
Descrito en la década de 1930
El repentino aumento del interés científico por el grafeno puede dar la impresión de que se trata de un nuevo material. La
realidad, sin embargo, es que el grafeno ha sido conocido y descrito desde hace al menos medio siglo. El enlace químico y su
estructura se describieron durante la década de 1930, mientras la estructura de bandas electrónica fue calculada por primera
vez por Wallace en 1949. La palabra grafeno fue oficialmente adoptada en 1994, después de haber sido usada de forma
indistinta con monocapa de grafito, en el campo de la ciencia de superficies.
Además, muchas nanoestructuras recientemente descubiertas, como los nanotubos de carbono, están relacionadas con el
grafeno. Tradicionalmente, los nanotubos de carbono se han descrito como hojas de grafeno enrolladas sobre sí mismas, y de
hecho las propiedades de los nanotubos de carbono se describen y entienden fácilmente en términos de las del grafeno. Se ha
descrito también la preparación de nanotiras de grafeno mediante nanolitografía mediante un microscopio de efecto túnel.
Aplicación en electrónica
Vista rotatoria de un cristal de grafito (2 capas de grafeno)
El grafeno tiene propiedades ideales para ser utilizado como componente en circuitos
integrados. El grafeno tiene una alta movilidad de portadores, así como un bajo nivel
de ruido, lo que permite que sea utilizado como canal en transistores de efecto de
campo (FET). La dificultad de utilizar grafeno estriba en la producción del mismo
material, en el substrato adecuado. Los investigadores están buscando métodos como
la transferencia de hojas de grafeno desde el grafito (exfoliación) o el crecimiento
epitaxial (como la grafitización térmica de la superficie del carburo de silicio - SiC). En
diciembre de 2008, IBM anunció que habían fabricado y caracterizado transistores
operando a frecuencias de varios GHz. En febrero del 2010, la misma IBM anunció que
la velocidad de estos nuevos transistores alcanzaba los 100 GHz.
Las publicaciones especializadas bullen con artículos que presentan a esta estructura
de carbono como la Panacea universal en la tecnología y el reemplazo de dispositivos de Silicio por Grafeno, pero no toda la
comunidad científica comparte este optimismo por el Grafeno. El célebre físico holandés Walt De Heer afirma que "el grafeno
nunca reemplazará al silicio". "Nadie que conozca el mundillo puede decir esto seriamente. Simplemente, hará algunas cosas que
el silicio no puede hacer. Es como con los barcos y los aviones. Los aviones nunca reemplazaron a los barcos.