Ir al contenido principal

Nobel de Física por trabajos en el grafeno

Imagínense una lámina de un material que sólo tenga un átomo de espesor, que sea extremadamente fuerte (tal como el acero) y maleable, altamente conductivo (tanto de calor como de corriente eléctrica), prácticamente transparente y sumamente denso que ni un átomo de Helio puede atravesarlo. Este material bidimensional pero con propiedades asombrosas es el grafeno, que no es más que átomos de carbono dispuestos en una estructura plana. Dos físicos, Andre Geim (Holanda) y Konstantin Novoselov (Ruso), quienes trabajan como investigadores en la Universidad de Manchester, fueron galardonados el día de hoy con el Premio Nobel de Física por sus trabajos en la producción, aislamiento, identificación y caracterización del grafeno.

Antes de empezar a detallar el trabajo, una peculiaridad de los galardonados. Andre Geim también ha ganado el Ig Nobel de Física en el 2000 por hacer levitar una rana en un campo magnético. Según comenta Geim, se siente muy orgulloso por ser el único en ganar estos dos Nobel, algo que será muy difícil de igualar.

Sin dudas el carbono es un elemento fascinante, es la base de todas las moléculas biológicas y las formas naturales como las podemos encontrar son exóticas. La más abundante es el grafito, sí, la misma que usa tu lápiz para escribir. El grafito consta de múltiples láminas de carbono dispuestos de forma hexagonal. Cada una de estas capas, de un átomo de espesor viene a ser el grafeno. Cuando el grafito es sometido a muy altas presiones forma los diamantes, que es el estado metaestable del carbono. En 1996, Curl, Kroto y Smalley, fueron galardonados con el Premio Nobel de Química por descubrir el fullereno, una nueva estructura del carbono. Los fullerenos constan principalmente de 60 átomos de carbono dispuestos a manera de una pelota de fútbol, formando 20 hexágonos y 12 pentágonos.

Por muchos años, la comunidad científica no creía que se podía separar láminas de grafito de un solo átomo de espesor. Pero, en el 2004, Geim, Novoselov y colaboradores sorprendieron al mundo al demostrar que una lámina de carbono de un átomo de espesor ea posible ser aislado y, además, era sumamente estable. A esta nueva estructura la llamaron grafeno y a partir de ella se pueden desarrollar fullerenos, nanotubos de carbono y más grafito.


Algo muy curioso es que cualquier persona que está escribiendo algo en un papel usando un lápiz está produciendo, sin darse cuenta, estructuras tipo grafeno. Las capas que depositan en la hoja de papel pueden tener algunos cientos de átomos de espesor, hasta de repente sólo uno, en otras palabras tenemos la capacidad de producir grafeno, la cosa es aislar ese grafeno de la hoja de papel, y luego caracterizarla, identificar sus propiedades físicas y químicas, así como sus usos potenciales en la ingeniería y la nanotecnología... ahí radica la importancia del trabajo de Geim y Novoselov.

El grafeno al tener sólo un átomo de espesor se convierte en una estructura bidimensional (2D). La distancia ente cada átomo de carbono es de sólo 1.42 Amstrong (0.142nm). Estudios de conductividad eléctrica demostraron que el grafeno es mucho más conductivo que el cobre a temperatura ambiente y estudios térmicos demuestran que es mejor conductor que la plata.. El grafeno es prácticamente transparente, absorbe sólo el 2.3% de la luz. Otra propiedad importantísima es que a diferencia de otros materiales bidimensionales, el grafeno no necesita de bajas temperaturas para mantener su estructura estable. El grafeno además es sumamente ligero ya que una lámina de un metro cuadrado sólo pesaría 0.77mg! y, a pesar de su espesor, tiene una gran resistencia, una hamaca hecha de una lámina grafeno soportaría hasta 4Kg de peso. Además, un nanotubo hecho con grafeno es mucho más resistente que uno hecho de metal, a parte de ser más flexible y mejor conductor, características importante para el desarrollo de la nanotecnología.

El grafeno ya había sido estudiado teóricamente por Wallace en 1947, pero hasta antes del 2004 nadie pudo aislarlo del grafito. Fue una gran sorpresa cuando Geim y Novoselov de la Universidad de Manchester lograron extraer láminas delgadas de grafito usando cinta Scotch® (si!, la cinta adhesiva que usas cotidianamente) y luego, transfirieron estas láminas a un sustrato de sílice. La comunidad científica estaba sorprendida por el método tan sencillo que desarrollaron Geim y Novoselov para aislar láminas delgadas de grafito, donde varias regiones tenían sólo un átomo de espesor (grafeno). La identificación la hicieron usando microscopios de fuerza atómica (Figura: la región naranja clara tiene 2nm de espesor y varias capas de grafeno). Todo este trabajo fue publicado en Science en el 2004.

Este método de la cinta Scotch® le llamaron método de exfoliación mecánica. A parte de este método, investigadores norteamericanos liderados por W.A de Heer, desarrollaron otro método usando cristales de Carburo de Silicio (SiC), el cual lo calentaron a 1300°K y formándose una delgada capa de carbono bajo la superficie. El equipo de de Heer también tiene una patente en el diseño de dispositivos electrónicos a base de delgadas capas de carbono.

A partir del 2005, un sin número de artículos científicos sobre el grafeno han sido publicados, sobre todo enfocados a nuevas propiedades, el uso de capas dobles de grafeno, la medición de su efecto cuántico de Hall, su capacidad de almacenamiento de información, el diseño de nuevos dispositivos electrónicos, el desarrollo de nanoestructuras, la fabricación de pantallas y paneles solares.

Vía Nobelprize.org

Comentarios

  1. Creo que gracias a este descubrimiento nos acercamos cada vez mas a ya contar con la posibilidad de crear puentes al universo

    ResponderBorrar

Publicar un comentario

Se respetuoso con tus comentarios y críticas. Cualquier comentario ofensivo será eliminado.

Entradas más populares de este blog

Ozono por el culo

La insuflación rectal de ozono , que en términos coloquiales es ozono por el culo  ( OxC , de forma abreviada), es una forma de ozonoterapia.  Según sus promotores , esta terapia "es muy potente en cuanto a la eliminación de gérmenes intestinales como virus, bacterias, protozoos, hongos, etc ". Incluso pidieron a la Organización Mundial de la Salud que lo usaran para el tratamiento del Ébola.  Según Ozonomédica , la ozonoterapia, en general, "es una eficaz alternativa en el tratamiento y control de muchas patologías y enfermedades crónicas" que incluso "puede retrasar o evitar la aparición de diabetes, cáncer, artritis, artrosis, entre otras". Paciente recibiendo OxC. Fuente: Ozonoterapia . Sin embargo,  de acuerdo con la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos ( FDA ), el ozono es un gas tóxico sin alguna aplicación médica conocida . Si bien es cierto, el ozono nos protege de la peligrosa radiación ultravi

La citometría de masas, una novedosa técnica para estudiar las células individualmente

Los citómetros de flujo han sido una herramienta fundamental en el descubrimiento y caracterización de los diferentes tipos de células que conforman el sistema inmune. Esta técnica es tan poderosa que permite analizar más 10 parámetros simultáneamente, gracias al uso de anticuerpos marcados con moléculas fluorescentes. Sin embargo, la citometría de flujo parece haber llegado a su límite tecnológico, ya que cuando se pretende analizar más de 10 parámetros a la vez, la superposición de los espectros luminosos dificulta el análisis de los datos. Un grupo de investigadores norteamericanos y canadienses han mejorado la técnica gracias al uso de los principios de la espectrometría de masas según reportaron ayer en Science . De manera sencilla, la citometría de flujo consiste en el paso de una suspensión celular a través de un láser. Para que las células puedan ser detectadas y diferenciadas unas de otras, son marcadas con moléculas fluorescentes que se excitan cuando el rayo láser inci

¿Por qué tanto miedo al bromuro de etidio?

El bromuro de etidio (BrEt) es un agente químico muy usado en técnicas de biología molecular para teñir nuestros geles de agarosa y poder apreciar nuestras bandas de ADN; ya sean de los productos de extracción o de PCR. Existen dos formas de teñir los geles: i) remojando el gel de agarosa por 15 minutos en una bandeja con BrEt (0,5 mg/L) después de haber hecho la electroforesis o ii) añadiendo el BrEt directamente al gel al momento de prepararlo. Con la primera evitamos contaminar nuestra cámara de electroforesis con BrEt y con la segunda evitamos exponernos a salpicaduras y otros accidentes que pueden ocurrir al hacer la tinción en bandeja. Se han dado cuenta que desde que entramos a un laboratorio de biología molecular nos tienen traumados con el BrEt: "¡Cuidado que te salpique!", "¡no lo huelas!", "¡usa tres guantes!", "¡no es por ese lado!", "¡si te cae en la piel te va a dar cáncer y te puedes morir!", entre otras cosas más.