El documento proporciona información sobre el grafeno, un material bidimensional compuesto de carbono. Explica que el grafeno consiste en una capa de átomos de carbono enlazados en una estructura hexagonal y describe algunas de sus notables propiedades, como su alta conductividad eléctrica y térmica, resistencia mecánica y transparencia. También resume posibles aplicaciones del grafeno en baterías, blindaje, electrónica y más.

1. Grafeno: Material del Futuro
Presenta: Fontes Cantúa Oscar
LISC 24091020
Seminario de Sistemas Computacionales

2. Que?
El grafeno es una alotropía del carbono; la cual consiste en un teselado
hexagonal plano (como un panal de abeja) formado por átomos de
carbono y enlaces covalentes que se formarían a partir de la
superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.
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.

3. En el grafeno, la longitud de los enlaces carbono-carbono es de
aproximadamente 1,42 Å. (amstrong)
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 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.

4. Quien?
El Premio Nobel de Física de 2010 fue otorgado a Andre Geim y
Konstantin Novoselov por obtener grafeno de la punta de un lápiz, y sus
revolucionarios descubrimientos sobre el material bidimensional grafeno.
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.

5. Utilidad
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 como la
grafitización térmica de la superficie del carburo de silicio (el crecimiento
epitaxial). En diciembre de 2008, IBM anunció que habían fabricado y
caracterizado transistores operando a frecuencias de 26GHz. En febrero del
2010, la misma IBM anunció que la velocidad de estos nuevos transistores
alcanzaba los 100 GHz. En septiembre del 2010 se alcanzaron los 300
GHz.

6. Propiedades
•Algunos científicos de la Universidad de Ilinois en Michigan aseguran que
el grafeno tiene propiedades de autoenfriamiento.
•Alta conductividad térmica y eléctrica.
•Alta elasticidad y dureza.
•Resistencia (200 veces mayor que la del acero).
•Soporta la radiación ionizante.
•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.

7. Otras Propiedades de Interés
•Los electrones que se trasladan sobre el Grafeno se comportan como
cuasipartículas sin masa. Son los llamados fermiones de Dirac. Dichos
fermiones se mueven a una velocidad constante independientemente de
su energía (como ocurre con la luz), en este caso a unos 106 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.

8. Otras Propiedades de Interés
Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera el átomo
de helio puede atravesarlo.

9. Grafeno Bicapa
El grafeno es un novedoso material bidimensional que puede ser visto
como una monocapa de átomos de carbono dispuestos en una retícula
hexagonal. Cuando dos capas de grafeno se unen de una manera
determinada, forman grafeno bicapa, un material muy interesante y poco
usual.
Tanto el grafeno como el grafeno bicapa poseen una serie de
características únicas, tales como una conductividad extremadamente alta
termal y de electrones debido a la velocidad de los electrones y a la alta
calidad de los cristales; así como resistencia mecánica.
En palabras de Novoselov, “la tecnología de la producción de grafeno
madura día a día, lo cual tiene un impacto inmediato tanto en el tipo de
características físicas que encontramos en este material, como en la
viabilidad y la gama de posibles aplicaciones”. El profesor Geim agregó
que “la alta calidad del grafeno bicapa lo convierte en un material
interesante por derecho propio y. sin duda. tiene su propio nicho en
múltiples aplicaciones”.

10. Ubicuidad
Si ya nos parecía que la tecnología había invadido cada rincón de
nuestras vidas, el profesor Tomás Palacios Palacios quien recibió el
premio PECASE, tiene una visión:
La apuesta del futuro es por la electrónica ubicua: estar conectados
a internet y con los demás en todo momento.
Queremos que la libreta de notas tenga un componente electrónico que
le permita comunicarse con nuestro teléfono móvil y transmitir
automáticamente la información que escribamos. O cuando miremos por
la ventana, que el cristal tenga electrónica transparente que nos permita
saber qué temperatura hay afuera, cuál es el pronóstico del clima o si
estamos recibiendo una llamada telefónica. O que el vaso de papel en el
que nos sirven el café en la cafetería, tenga electrónica que nos dé las
noticias del día. Palacios también visualiza anteojos con sensores
médicos que nos avisen si tenemos fiebre o si nos va a dar gripe.

11. Elegido por CE
La Comisión Europea ha elegido a el Grafeno como uno de los seis
proyectos Flagship que optan a estar entre los dos que serán financiados
por la Unión Europea en el campo de las tecnologías de la información en la
próxima década.
Una veintena de grandes empresas multinacionales -del calibre de IBM,
Nokia o Texas Instruments- se han reunido en la sede del Consejo Superior
de Investigaciones Científicas (CSIC), para dar a conocer sus infinitas
posibilidades y determinar su 'hoja de ruta' en relación con conseguir esos
1.000 millones de euros que la Comisión destinaría a su investigación en
los próximos 10 años.
"El grafeno será como el plástico. Estará en todas las partes, porque la
amplitud de sus usos es enorme, mucho más allá del ámbito electrónico"

12. Productores
La empresa española Avanzare es ya la primera exportadora de
grafeno de Europa, asegura el científico, especialmente hacia el
continente asiático. Ahora el grafeno es más barato, pero cuando se
comenzó a investigar, un gramo de grafeno costaba más que el PIB de
toda la Unión Europea, así que trabajaba sólo con milésimas de
milímetros.
Pero en pocos años, la situación ha cambiado mucho. Ahora existen
unos cuatro o cinco métodos de producción, de diferentes calidades, y
la demanda ha hecho bajar los precios, aunque aún quedan muchas
posibilidades por explorar.

13. Aplicaciones y Usos:
Energía
Científicos de la Universidad de Northwestern en Estados Unido han
creado un electrodo para las baterías de ión de litio que permite que las
baterías conserven la carga hasta diez veces más que la tecnología
actual. Las baterías con el nuevo electrodo también se pueden cargar diez
veces más rápido que las actuales. Uno de los cambios clave está
relacionado con la perforación de orificios minúsculos en la batería.
Las pilas que usan la novedosa tecnología podrían estar en las tiendas en
los próximos tres o cinco años, estiman los investigadores.
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.
La desventaja de la nueva tecnología es que, después de que la batería
ha sido cargada alrededor de 150 veces, pierde potencia.

14. Blindaje
Para que podamos hacernos una idea de la dureza del grafeno, Jaffrey
Kysar y James Hone, propusieron una curiosa analogía. Comparó las
pruebas realizadas por su equipo con poner una cubierta de plástico
sobre una taza de café y medir la fuerza que requeriría pinchar esa
cubierta con un lapicero. Pues bien, según explicó Hone, si en lugar de
plástico lo que se pusiera sobre la taza de café fuera una lámina de
grafeno, después situáramos encima un lápiz, y en lo alto de éste
colocáramos un automóvil que se sostuviera en equilibrio sobre él, la
lámina de grafeno ni se inmutaría. Se puede decir, sin duda, que el
grafeno es el material más duro del mundo.

15. Electrónica
Una startup en Jessup, Maryland, espera poder lanzar al mercado este
año uno de los primeros productos basado en el grafeno. Vorbeck
Materials está fabricando tintas conductoras basadas en el grafeno y que
pueden ser utilizadas para imprimir antenas RFID (identificación por
radiofrecuencia, por sus siglas en inglés) y contactos eléctricos para
pantallas flexibles. La compañía, que se aprovecha del bajo coste de las
tintas de grafeno, posee un acuerdo con el gigante de productos
químicos alemán BASF para lanzar al mercado este producto en breve.
Será la prueba definitiva de que el grafeno es un material del presente.
Aeronáutica
El Pentágono ha asignado tres millones de dólares a la Universidad de
Princeton para que desarrolle diminutas hojas de grafeno que, añadidas
al combustible empleado en los motores de los aviones supersónicos,
consigan una optimización en su funcionamiento y una reducción en el
consumo y la contaminación ambiental. Según los científicos, este
desarrollo puede alumbrar el nacimiento de una nueva era en los motores
de combustión de las aeronaves. 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.

16. Detectores y Sensores
Si una molécula de un gas entra en contacto con
el grafeno, éste sufre un cambio en la resistencia
eléctrica. Un grafeno perfecto, gracias a su gran
conductividad, es muy sensible al cambio y puede
detectar moléculas individuales de gas.
Velocidad de Proceso
Se podrían lograr microprocesadores de hasta
un terahertz (cientos de veces mas rápido de lo
que teóricamente podría llegar a ser uno de
silicio como máximo)ver el post que hice al
respecto “Adios Silicio, Hola Grafeno, nuevos
chips ultra rápidos”.

17. Pantalla Táctil Coreana
En la actualidad, y superando todos los récords anteriores dentro de la
síntesis del grafeno en el laboratorio, un grupo de investigadores de
Samsung y de la Universidad Sungkyunkwan, en Corea, ha producido
una capa continua de grafeno puro del tamaño de una televisión grande,
imprimiéndolo a través de rodillos colocados en la parte superior de una
hoja de poliéster flexible y transparente de 63 centímetros de ancho

18. El equipo ya ha creado una pantalla táctil flexible mediante el uso del
grafeno basado en polímeros para fabricar los electrodos
transparentes de la pantalla. El material utilizado actualmente para
crear componentes electrónicos transparentes, el óxido de estaño e
indio, resulta caro y frágil. La producción de grafeno sobre hojas de
poliéster capaces de doblarse es el primer paso en la creación de
componentes electrónicos transparentes más fuertes, más baratos y
más flexibles. "Podríamos, en teoría, enrollar nuestro iPhone y
ponerlo detrás de la oreja como si fuera un lápiz", afirma Tour.

19. Pantallas
Angstron Materials Inc. , anunció hoy al mundo el desarrollo de sus
primeras aplicaciones comerciales de grafeno. El desarrollo continuo de
las pantallas táctiles para la electrónica de consumo está llevando a una
creciente necesidad de mejorar la tecnología. Angstron Materials ofrece
una variedad de materiales de grafeno en tamaños que van desde la
nano a micrones en los ejes x, y y z, estos materiales avanzados se
refieren colectivamente como nano plaquetas grafeno (NGP). NGP
ofrecen un mejor comportamiento de los materiales en aspectos
térmicos, barreras mecánicas y propiedades de conductividad eléctricas.
Como resultado, Angstron Materials es capaz de trabajar con las
empresas para los usos específicos que incluyen baterías, pilas de
combustible, supercondensadores, el peso estructural de componentes
de la luz así como la interferencia electromagnética (EMI), interferencias
de radio frecuencia (RFI), la descarga electrostática (ESD ), rayo y otros
compuestos estructurales y funcionales aplicaciones.

20. Memorias Flash
Samsung y la universidad de UCLA han anunciado que ese material
podrá emplearse con éxito en las memorias flash.
La empresa surcoreana trabaja para poder incorporar ese material en
sus memorias flash, ya que según se desprende de las investigaciones
llevadas a cabo junto a la universidad californiana, emplear el grafeno en
lugar del silicio podría alargar la vida útil de esos productos.
Las memorias flash podrá aumentar gracias al uso del grafeno y las
celdas serían más pequeñas, por lo que también se reduciría su espacio.
El proceso de fabricación de los futuros dispositivos de almacenamiento
será más sencillo.
El objetivo final que persigue Samsung es poder comercializar las
citadas memorias hechas con grafeno dentro de unos años.

21. Celdas Solares
Un nuevo dispositivo que combina el grafeno con nanoestructuras
metálicas especiales podría llevar a la fabricación de mejores células
solares y sistemas de comunicaciones ópticas. Esto, al menos, es lo que
afirman investigadores del Reino Unido que han medido un aumento de
20 veces la cantidad de luz capturada por el grafeno cuando está cubierto
por esas nanoestructuras. El trabajo proporciona evidencias adicionales
de que el material podría ser ideal para la fabricación de dispositivos
fotónicos y optoelectrónicos. Los investigadores también han demostrado
que pueden hacer células solares básicas, dispositivos emisores de luz,
pantallas táctiles, fotodetectores y láseres de bloqueo ultrarrápidos de
grafeno. Sin embargo, hay, por supuesto desventajas: su “eficiencia
cuántica externa” es baja; lo que implica que absorbe menos del 3% de la
luz que incide sobre él. Por otra parte, la corriente eléctrica útil sólo puede
extraerse de dispositivos basados ​en grafeno que temgan contactos
eléctricos con una asimetría optimizada, algo que ha demostrado ser difícil
de lograrse.

22. Tintas de Grafeno
Hay diferentes tipos de tintas conductoras en el mercado. Cada tinta
tiene sus ventajas y sus desventajas. Se siguen buscando nuevos
materiales como alternativa a los materiales actuales (plata o cobre). El
grafeno es uno de ellos y está empezando a revolucionar el mercado de
la electrónica impresa.
Otra ventaja muy interesante es la baja temperatura de curación o de
sinterización, que abre posibilidades en diferentes sustratos. En breve
las tintas de grafeno estarán disponibles para ser utilizadas en inyección
de tinta.
Se están realizando estudios para la mejora de las tintas de grafeno para
impresión serigráfica, ya que hoy por hoy, éstas presentan problemas de
migración.
La aplicación directa de estas tintas está en la impresión de circuitos,
Smart packaging, Smart labels, LEDs órganicos, células fotovoltaicas

23. Medicina
Se están investigando las propiedades antibacterianas de este
material. Como ejemplo, podemos mencionar el trabajo de los de
investigadores del Shanghai Institute of Applied Physics (China). Este
equipo ha intentado crecer diversas cepas bacterianas sobre papel de
óxido de grafeno, y células humanas. Las bacterias no pudieron crecer
sobre el papel, mientras que no se observó ningún efecto adverso sobre
las células. Así, 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.

24. MIT Invierte
El MIT ha anunciado la creación del Centro del MIT / MTL para dispositivos
y sistemas basados en Grafeno (MIT-CG). Este centro interdepartamental
forma parte de los Laboratorios de Tecnología de Microsistemas (MTL),
reúne a investigadores del MIT y socios industriales para avanzar en la
ciencia y la ingeniería de tecnologías basados ​en el grafeno.El lanzamiento
del Centro MIT / MTL para Dispositivos y Sistemas de grafeno se llevó a
cabo en el MIT el 28 de julio de 2011 con una importante participación de
las agencias de la industria y el gobierno.

25. Costos
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.

26. LINKS
http://es.wikipedia.org/wiki/Grafeno
http://grafeno.com/crean-la-bateria-de-grafeno-que-dura-mas-de-una-semana-y-se-carga-en-15-minutos/
http://grafeno.com
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

27. Comentarios…
Dudas…
Aportaciones…

28. GRAFENO: Material del Futuro
Hoy
LOS DIOSES VISTEN DE CARBONO,
Y PRONTO NOS DARAN UN
DESFILE DE PASARELA… EN LA
CARPA DE LA TECNOLOGIA…