Grafeno informe

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE CHOTA
Escuela profesional de ingeniería civil
Mecánica e Ingeniería de los Materiales
1
“AÑO DEL DIÁLOGO Y LA RECONCILIACIÓN NACIONAL”
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
ESTUDIO DEL GRAFENO
AUTORES:
CAMPOS CUSMA, Willan Roman
VASQUEZ ARRIBASPLATA, Samuel
ASESOR:
CIEZA LEÓN, DANTE. H
Chota-Perú
2018

2
DEDICATORIA
Dedicamos este trabajo a Dios y a nuestros padres. A
Dios porque ha estado con nosotros a cada paso que
doy, cuidándonos y dándonos fortaleza para continuar,
a nuestros padres, quienes a lo largo de nuestra vida
han velado por mi bienestar y educación siendo
nuestro apoyo en todo momento. Depositando su
entera confianza en cada reto que se nos ha presentaba
sin dudar ni un solo momento en nuestra inteligencia y
capacidad. Es por ello que somos lo que somos ahora.

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AGRADECIMIENTO
Los resultados de este trabajo, están dedicados a
todas aquellas personas que, de alguna forma, son
parte de su culminación. Nuestros sinceros
agradecimientos están dirigidos hacia, quien, con
su ayuda desinteresada, nos brindó información
relevante, próxima, pero muy cercana a la
realidad de nuestras necesidades. A nuestros
padres por avernos apoyados en nuestra
preparación académica en todo momento, con sus
consejos, sus valores, por la motivación constante,
por sus buenos ejemplos a seguir de perseverancia
y constancia los cuales nos han ayudado a salir
adelante en los momentos dificultosos. Pero,
principalmente nuestros agradecimientos están
dirigidos Al Ingeniero Dante H. por su apoyo y
habernos transmitido sus conocimientos obtenidos
y la información necesaria para poder realizar
nuestros ensayos de la manera correcta.

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RESUMEN
En el presente informe está enfocado principalmente en determinar la composición del
grafeno, El grafeno tiene increíbles propiedades mecánicas, electrónicas, químicas,
magnéticas y ópticas que lo han convertido en uno de los nanomateriales más
estudiados en la actualidad. Además, al ser carbono puro, es abundante en la naturaleza
y ecológico; también nos enfocaremos en determinar las características, una de las
cuales es que pesa cinco veces menos que el aluminio y es más duro que el diamante, el
grafeno fue descubierto en el año 2004 por los rusos Andre Geim y Konstantin
Novoselov, es considerado el material del futuro por su fácil trabajabilidad en
diferentes campos respecto a la tecnología moderna, su resistencia mayor en doscientas
veces al acero, su gran conductividad térmica y eléctrica que permiten captar la
energía que se produce durante las tormentas eléctricas y almacenar la energía
producida en mega-baterías ubicadas en la base de los edificios, esto en relación con las
construcciones.
Palabras claves: grafeno, carbono, futuro, moléculas.

5
ABSTRACT
In the present report it is mainly focused on the composition of graphene. Graphene has
mechanical, electronic, magnetic, magnetic and optical properties that have been
converted into one of the most studied nanomaterials at present. In addition, being pure
carbon, it is abundant in nature and ecological; we will also focus on determining the
characteristics, one of which is five times more than aluminum and harder than
diamond, graphene was discovered in 2004 by Russians Andre Geim and Konstantin
Novoselov, is considered the material The future for its easy workability in different
fields with respect to modern technology, its greater resistance in two hundred times to
steel, its great thermal and electrical conductivity that allows capturing the energy
produced during electrical storms and energy produced in mega batteries located at the
base of the building.
Keywords: graphene, carbon, future, molecules.

6
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 7
OBJETIVOS..................................................................................................................................... 8
GRAFENO ...................................................................................................................................... 9
1: DEFINICIÓN........................................................................................................................... 9
2: DESCUBRIDORES................................................................................................................. 10
3: PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL GRAFENO ........................................................... 10
4: DESVENTAJAS DEL GRAFENO:............................................................................................ 11
5: USOS DEL GRAFENO ........................................................................................................... 12
6: USOS DEL GRAFENO EN LA INGENIERÍA CIVIL ................................................................... 15
7: COSTO DEL GRAFENO......................................................................................................... 15
CONCLUSIONES........................................................................................................................... 16
RECOMENDACIONES .................................................................................................................. 17
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................. 18

7
INTRODUCCIÓN
En el siguiente informe sobre el grafeno hemos tratado de responder a algunas
preguntas que no hemos planteado acerca de este material el cual es considerado como
el material del futuro, su apariencia puede parecer frágil ya que a simple vista el grafeno
luce como una tela transparente y flexible. Sin embargo es un material extremadamente
resistente que además sirve como conductor de la electricidad; Las aplicaciones del
grafeno aún estar por descubrirse aunque algunos entendidos en el tema apuntan su
uso en el área de la electrónica por sus extraordinarias propiedades conductoras y
semiconductoras; investigaremos ¿Qué es grafeno?, ¿Cuál es la composición del
grafeno?, ¿Cuáles son sus características? ¿Cuáles son sus propiedades? ¿Quiénes
fueron sus descubridores?, ventajas y desventajas, aplicaciones en la ingeniería civil,
trataremos de investigar los usos principales del grafeno como en electrónica,
informática, telefonía móvil, sector emergente, industrias del blindaje, industria
automovilística, industria del motor y combustibles, industrias alimentarias y
tratamiento de aguas.

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OBJETIVOS
 Objetivos Generales:
 Estudiar el grafeno.
 Objetivos Específicos:
 Estudiar la composición del grafeno.
 Analizar las propiedades del grafeno.
 Características del grafeno.
 Usos del grafeno respecto a ingeniería civil.
 Ventajas y desventajas.

9
GRAFENO
1: DEFINICIÓN: El grafeno es un material nanométrico bidimensional, consistente en
una sola capa de átomos de carbono fuertemente cohesionados mediante enlaces que
presentan hibridación sp2 y dispuestos en una superficie uniforme, ligeramente
ondulada, con una estructura semejante a la de un panal de abejas por su configuración
atómica hexagonal.fig (1). El grafeno es una de las formas alotrópicas del carbono, como
lo son también el grafito y el diamante. Así, un milímetro de grafito contiene tres
millones de capas de grafeno. Astillero, G. V. (2012). GRAFENO, “EL MATERIAL
DEL FUTURO”.
Es el material más resistente que se conoce en la naturaleza, más fuerte que el acero
estructural con su mismo espesor y más duro que el diamante, y, sin embargo, su grosor
oscila entre 1 y 10 átomos de carbono. Al ser tan fino y apreciarse solamente dos de sus
dimensiones, se le considera un material bidimensional, el único que es capaz de
mantenerse estable hasta con el grosor de un átomo.
Es elástico y flexible .fig. (2), y está dotado de una gran conductividad térmica y eléctrica,
lo que le permite disipar el calor y soportar intensas corrientes eléctricas sin calentarse.
Es prácticamente transparente, hidrófugo y tan denso que ni siquiera el gas helio puede
atravesarlo. Además, presenta otras muchas cualidades, como la alta movilidad de sus
electrones, propiedad que eleva su potencial uso en los veloces nanodispositivos del
futuro.
Fig. (1): composición hexagonal
Fig. (2): flexibilidad del acero

10
2: DESCUBRIDORES: Los dos científicos de la Universidad de Manchester que
descubrieron el grafeno, Andre Gemid y Konstantin Novoselov .fig. (3) han
obtenido el Premio Nobel de Física de 2010 por iniciar uno de los campos de
investigación más candentes de la actualidad, Geim y Novoselov extrajeron el
grafeno de un trozo de grafito (el mismo que se encuentra en cualquier lápiz
ordinario). Utilizaron una especie de cinta adhesiva que les permitió extraer del
grafito una lámina de un solo átomo de carbono. Muchos científicos creían entonces
que era imposible que una lámina de un solo átomo de grosor cualquier material era
imposible de fabricar porque era inestable. Geim y Novoselov lograron lo inesperado
y con ello se convirtieron en firmes candidatos al Premio Nobel que ahora han
obtenido. VALENCIA GIRALDO, Asdrúbal. EL GRAFENO. Revista Colombiana de
Materiales, 2011, no 1.
Fig. (3): “André Gemid y Konstantin Novoselov”
3: PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL GRAFENO: El grafeno es una sustancia
con unas características muy interesantes, algunas asombrosas. Estas propiedades
junto a la abundancia de carbono en la naturaleza han hecho al grafeno ganarse el
adjetivo de “material del futuro”. A. Rubio, J. L. Corkill, M. L. Cohen Phy.
Rev. B 49, 5081(1994). Algunas de las características más destacadas del
grafeno son:
• Alta conductividad térmica.
• Alta conductividad eléctrica.
• Alta elasticidad (deformable).
• Alta dureza (resistencia a ser rayado).
• Alta resistencia. El grafeno es aproximadamente 200 veces más resistente que
el acero, similar a la resistencia del diamante, pero es muchísimo más ligero.
• Es más flexible que la fibra de carbono pero igual de ligero.
• La radiación ionizante no le afecta.
• Para una misma tarea el grafeno consume menos electricidad que el silicio.
• Es capaz de generar electricidad por exposición a la luz solar.
• Es muy denso y no deja pasar al helio en forma gaseosa, sin embargo si deja
pasar al agua.

11
4: DESVENTAJAS DEL GRAFENO:
 Pese a las grandes expectativas que se tenían acerca de este material, parece
no ser tan fuerte como se creía; un equipo de científicos de la Universidad
de Rice encontró que en los límites de los anillos donde se interrumpe la
matriz regular de unidades hexagonales (seis átomos) el grafeno tiene la
mitad de la fuerza.
Además las hojas del material cultivado en un laboratorio casi nunca
tienen una estructura de hexágonos perfectos. Por lo general las hojas
tienen protuberancias llamadas “granos de grafeno”. Cuando esos granos
se colocan bajo tensión estos defectos comienzan a dar problemas. Por
ello se tiene que seguir estudiando para perfeccionar este material y que
pueda ser utilizado sin problemas.
El grafeno no absorbe mucho la luz aunque todo lo que absorbe se
convierte en electrones excitados con alta eficiencia. Pero esta
desventaja también puede ser una ventaja para algunas aplicaciones.
Además, existe la posibilidad de aumentar la absorción del grafeno con
varias tecnologías. Morán Meza, J. A. (2011). Estudio por microscopía de
efecto túnel de superficies de grafito y grafeno.
Fig(4):
 El equipo de biólogos , ingenieros y científicos de la universidad de Brown
examinando a fondo la toxicidad potencial del grafeno en la células humanas
encontraron que los bordes dentados del material pueden perforar fácilmente la
membranas celulares y la piel , sugiriendo la posibilidad de hacer un daño grave
en los seres humanos y otras especies

12
5: USOS DEL GRAFENO: Como ya hemos comentado anteriormente, dadas sus numerosas
propiedades, los ámbitos de aplicación del grafeno son prácticamente ilimitados y ya hay
una multitud de empresas que están investigando sus posibilidades. ¿Qué significa esto?
Que en pocos años podremos ver en el mercado gran cantidad de dispositivos compuestos
total o parcialmente de grafeno. Fernández Merino, M. J. (2013). Grafenos preparados
por métodos químicos: características y aplicaciones.
Ahora bien, se puede realizar una estimación de cuáles serían los principales campos en los
que este material podría aplicarse. Y, en todos ellos, sería revolucionario.
 Electrónica: podría emplearse en la fabricación de microchips, Fig. (5) o de
transistores, ambos elementos imprescindibles en prácticamente todos los
dispositivos electrónicos
Fig. (5): Microchips usando grafeno
 INFORMÁTICA: El uso del grafeno permitirá el desarrollo de ordenadores mucho
más rápidos y con un menor consumo eléctrico que los actuales de silicio. Además,
se estima que un disco duro de este compuesto, Fig. (6), del mismo tamaño que uno
de los empleados actualmente, podría almacenar hasta mil veces más información.
Fig. (6): Ordenadores usando grafeno
 Telefonía móvil: Con el grafeno se crearía una nueva generación de dispositivos
adaptados a la fisionomía del ser humano, sin formas ni colores preestablecidos,
con pantallas flexibles, Fig. (7), plegables y táctiles. Además, diversos estudios
recientes han comprobado cómo nanocircuitos de grafeno podrían mejorar de
manera significativa la velocidad y calidad de las comunicaciones inalámbricas.
Fig. (7): Dispositivos móviles usando grafeno

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 Sector energético: Es otro de las que cambiarán de manera visible. Por sus
propiedades energéticas, el grafeno permitirá la creación de baterías de larga
duración que apenas tardarán unos segundos en cargarse.fig(8)
fig. (8): baterías de larga duración
 Industria del blindaje: La extrema dureza del grafeno, unida a su capacidad de
moldearse y a su ligereza, lo hace un compuesto ideal para ser empleado en esta
industria. Chalecos antibalas, fig.(9), cascos y multitud de elementos de protección
que se emplean por diversos profesionales pasarán a ser mucho más ligeros y
seguros.
Fig. (9): chaleco antibalas
 Industria automovilística: Su aplicación en el chasis de los vehículos los haría
mucho más resistentes, por lo que el número de muertes en accidente de circulación
anuales se podría reducir drásticamente. Por otra parte, los coches híbridos fig.(10)
se convertirán en una alternativa real en vez de ser relegados a una representación
minoritaria.
Fig.(10): automóvil blindado con grafeno

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 Industria del motor y los combustibles: Hará de ambos más ecológicos y
eficientes. Fig.(11) .
Fig. (11): combustibles
 Industria alimentaria: Posibilitará la creación de envases para alimentos más
seguros o recubrimientos para los muebles del hogar que impidan el desarrollo de
bacterias en su superficie.fig (12).
Fig.(12): creación de envases con grafeno
 Tratamiento de aguas: Debido a su peculiar estructura de alta densidad permeable
al agua, se estudia su posible uso para la desalinización del agua fig (13). Algunos
datos obtenidos a partir de estos proyectos predicen que se podrá realizar esta tarea
en un tiempo muy inferior y con un coste mucho más reducido.
Fig. (13): Desalinización de agua

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6: USOS DEL GRAFENO EN LA INGENIERÍA CIVIL: Su gran potencial reside en que
transfiere sus increíbles características a los materiales donde se aplica, Salavagione, H.
(2010). Nanocompuestos poliméricos a partir de grafeno. Revista de Plásticos
Modernos. Y no podía ser menos en el sector de la construcción:
 La elevada resistencia a la tracción y al desgaste del grafeno lo convierten en el
«agregado ideal» para el hormigón y el cemento.
 Al mejorar factores tan importantes como la resistencia a la carbonatación, cloruros
y sulfatos, el aditivo de grafeno logra que la vida útil del hormigón aumente
notablemente. «Prácticamente se vuelve invulnerable ante posibles agresiones de
agentes externos»
 optimización de los recursos naturales y una reducción de emisiones de dióxido de
carbono a la atmósfera procedentes de la extracción, manipulación, producción y
transporte de las materias primas.
 El aditivo nanotecnológico se convierte en un elemento de refuerzo estructural, ya
que «aumenta la flexibilidad del hormigón un 45%». En aplicaciones reales, esta
característica mejora el comportamiento de las estructuras ante movimientos
sísmicos.
 Pero el aditivo no sólo está indicado para edificios, se puede aplicar a todo tipo de
construcciones como puentes, diques, túneles, plantas industriales o puertos.fig (14)
Es especialmente útil para estructuras marítimas donde «el hormigón sufre
constantemente las agresiones de los sulfatos y cloruros». El problema es mayor si
el material se encuentra sumergido bajo el agua durante largos periodos de tiempo.
El grafeno en estos casos actúa como una súper capa impermeable para la
construcción. Una función que también resuelve los problemas de hielo y deshielo
de las construcciones en zonas frías.
 Permite mantener el color del hormigón y del cemento «intacto». Además, no
interfiere en el proceso constructivo tradicional porque sus usuarios sólo tienen que
incorporarlo a la mezcla del hormigón, evitando así tener que adquirir nueva
maquinaria o conocimientos técnicos.
Fig. (14): grafeno en la construcción
7: COSTO DEL GRAFENO: Actualmente, un gramo de grafeno, tiene un costo
promedio de entre 200 y 300 dólares.

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CONCLUSIONES
 El grafeno es un material que revolucionara al mundo por su gran capacidad de
resistencia, su flexibilidad, y fácil trabajabilidad.
 El grafeno será un material excelente para la construcción debido a su elevada
resistencia a tracción lo cual lo convierte en un agregado ideal para el cemento
y hormigón.
 El grafeno podría dar larga vida a la humanidad respecto al consumo de agua ya
que su gran densidad ayudaría a la desalinización del agua del mar
principalmente en un menor precio al que hoy se usa para tratar esa agua.
 Ayudará a cuidar el medio ambiente ya que es un material orgánico.

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RECOMENDACIONES
 Debe darse un mejor enfoque al estudio del grafeno.
 Su uso debe ser cuidadoso ya que según algunos científicos podría dañar
gravemente el cuerpo humano.
 Debería aumentar el número de producción para que este material no sea
tan costoso como lo es hoy.

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BIBLIOGRAFIA
 Astillero, G. V. (2012). GRAFENO, “EL MATERIAL DEL FUTURO”.
 VALENCIA GIRALDO, Asdrúbal. EL GRAFENO. Revista Colombiana de Materiales, 2011, no 1.
 Fernández Merino, M. J. (2013). Grafenos preparados por métodos químicos: características y
aplicaciones.
 Salavagione, H. (2010). Nanocompuestos poliméricos a partir de grafeno. Revista de
Plásticos Modernos.

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