Grafeno

En el artículo titulado “Efecto de campo eléctrico en las películas de carbono atómicamente delgadas”, escrito por Novoselov y sus colegas el año 2004, se menciona que el grafeno es una estructura nanométrica, bidimensional, de átomos de carbono fuertemente cohesionados en una superficie uniforme, ligeramente plana, con ondulaciones, de un átomo de espesor, con una apariencia semejante a una capa de panal de abejas por su configuración atómica hexagonal.

Según Chan y sus colegas, en el artículo publicado el año 2012 titulado “Fabricación de nanopartículas de magnetita amino-funcionalizados para los procesos de tratamiento de agua”, se menciona que las propiedades más destacadas del grafeno son: (1) Es el material más delgado porque tiene el espesor de un átomo de carbono. (2) Tiene una gran área específica, aproximadamente dos mil setecientos metros cuadrados sobre gramo. (3) Es el cristal con mayor elasticidad, hasta un veinte por ciento sin quebrarse. (4) El de mayor relación resistencia/peso. (5) El de mayor dureza, mayor que el diamante. (6) El de mayor conductividad térmica, diez veces mayor que el cobre y el aluminio, mayor que el diamante. (7) El que soporta la mayor densidad de corriente, un millón de veces mayor que el cobre. (8) Impermeable a gases. (9) La mayor movilidad de electrones, cien veces mayor que el silicio. El grafeno puede llegar a tener una transparencia del noventa por ciento y una resistencia eléctrica suficientemente baja para ser utilizado como electrodo transparente. Este tipo de materiales se usan en las pantallas táctiles de las computadoras. Su alta relación superficie/volumen lo hacen suficientemente sensible para detectar la presencia de una sola molécula extraña en su superficie. Por esta propiedad el grafeno se ve como un elemento clave para una nueva generación de sensores de gas, compuestos orgánicos volátiles o biomoléculas. Cuando el grafeno se fabrica con alta pureza y monocristalino, toda la muestra es un solo cristal, se espera que tenga una respuesta eléctrica muy rápida lo que permitiría usarlo como transistores con velocidades de interrupción superiores a los de los semiconductores usuales.

Novoselov y sus colegas, en el artículo citado anteriormente, mencionan que la exfoliación micromecánica, la que realiza sucesivos despegados, es el método más efectivo para producir láminas individuales de grafeno de alta calidad. El método consiste en realizar una estampación sobre soporte de óxido de silicio de placas de grafito pirolítico altamente orientado. A continuación, se realizan sucesivos despegados por una cuidadosa presión o frotación dividiendo desde el grafito estampado, láminas de grafeno individuales o láminas dobles, lo que lleva a espesores observados por microscopía de fuerzas atómicas no mayores de tres nanómetros.

Katsnelson, en el artículo publicado el año 2007 con el título “Grafeno: Carbón en dos dimensiones”, menciona que la naturaleza quiral del grafeno bicapa o monocapa, de gran importancia para la transmisión de electrones por túnel a través de barreras potenciales, por razón de su posición en contraposición al movimiento, ofrece la posibilidad para construir dispositivos tales como transistores de carbono. Geim, en el artículo publicado el año 2005 con el título “Los electrones pierden su masa en hojas de carbono”, menciona que debido a que las muestras de grafeno producidas son de tan excelente calidad que el efecto Hall cuántico y el transporte balístico pueden ser observados fácilmente, lo convierten en un buen prospecto para confeccionar transistores balísticos, un transistor balístico es aquel en el cual los electrones son disparados sin ninguna colisión entre ellos, significando mayores velocidades y menor energía requerida. Katsnelson, en el artículo citado, complementa mencionando que a causa de un acoplamiento órbita–spin irrelevante, la polarización spin en el grafeno subsiste en distancias submicrométricas, lo cual lo convierte en material ideal para producir dispositivos de válvula spin. Una aplicación del grafeno bicapa en este momento consiste en utilizar su capacidad para absorber moléculas de gas de la atmósfera, lo cual resulta en el dopaje con electrones o huecos dependiendo de la naturaleza del gas absorbido. Monitoreando los cambios en la resistividad, se puede determinar con exactitud las concentraciones de ciertos gases presentes en la atmósfera, con expectativas muy grandes en el área de control de la contaminación.

Geim y Novoselov, en el artículo publicado el año 2007 con el título “El ascenso del grafeno”, mencionan que otra aplicación es mezclar polvo de grafeno obtenido de cristalitos micrométricos no coagulados con plástico produciendo materiales conductores de electricidad a bajos costos y con una variedad muy grande de usos, o el uso de polvo de grafeno en baterías eléctricas derivado de su alta conductividad y una relación grande superficie-volumen que conduce a un mejor eficacia de las baterias. También merece señalarse que el grafeno, por ser un material ideal para producir spin qubits, ofrece grandes expectativas en computación cuántica, además de que puede utilizarse como almacén de hidrógeno dada su gran capacidad de absorber grandes cantidades de este gas. Así mismo para producir hojas conductivas, en las cuales varias estructuras nanométricas pueden ser curvadas para hacer un circuito de transistores de electrón simple, aprovechando la ventaja de que los canales de conducción, puntos cuánticos, barreras e intercomunicadores pueden ser trazados en una hoja de grafeno.