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

    ResponderEliminar

Publicar un comentario

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

Entradas más populares de este blog

¿Qué fue del estudio más grande sobre la seguridad de los transgénicos?

La tarde del 11 de noviembre de 2014, en un hotel londinense, se anuncia el lanzamiento de "Factor GMO", el experimento a largo plazo más extenso y detallado jamás realizado sobre un alimento transgénico y su plaguicida asociado.


Con un costo estimado de 25 millones de dólares, el estudio buscaba aportar —con una solidez sin precedentes— valiosa información para permitir a las autoridades reguladoras, los gobiernos y la población general, responder si es seguro el consumo de Organismos Genéticamente Modificados (OGM) o la exposición a su herbicida asociado en condiciones reales.

El experimento —que se llevaría a cabo en un laboratorio secreto en el territorio ruso para evitar cualquier injerencia externa— consistía en someter a 6.000 ratas de laboratorio a diversas dietas basadas en el maíz transgénico NK603 y su herbicida asociado (RoundUp), cuyo principio activo es el glifosato. Es similar al famoso estudio realizado Guilles-Eric Seralini, pero a mayor escala. Solo para re…

Cuando los antioxidantes promueven el cáncer

Hemos comentado muchas veces que las Especies Reactivas del Oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés) están involucrados con el envejecimiento y con el desarrollo del cáncer. Esto se debe a que los ROS son altamente reactivos, por lo tanto, son capaces de dañar el ADN generando mutaciones. Por suerte existen los antioxidantes, quienes son los encargados de atrapar los ROS y mantenerlos en niveles que no generen daño alguno. Sin embargo, un grupo internacional de investigadores liderados por la Dra. Gina DeNicola del Instituto de Investigaciones de Cambridge revelaron que el factor de transcripción encargado de activar los genes que nos protegen de los ROS, también puede favorecer el desarrollo de ciertos tumores según un artículo publicado ayer en Nature.Normalmente, cuando las células son sometidas a un estrés fisiológico o sufren de algún tipo de daño genético, se activan una serie de genes y factores de transcripción que, de manera coordinada, regulan el funcionamiento de la célula, …

Pruebas rápidas y moleculares para COVID-19

Desde que se anunció la adquisición de más de un millón de "pruebas rápidas" para detectar personas con COVID-19, a fines de marzo, estuvieron en el ojo de la tormenta. Diversos científicos se manifestaron a favor o en contra de ellas, tanto en televisión como en redes sociales. El público general también tomó posición, más basada en simpatías políticas que en ciencia. Aquí les hago un resumen para entender de qué va todo esto.
Definamos conceptos "Pruebas moleculares" es un nombre genérico empleado para referirnos a los análisis basados en ácidos nucleicos, que puede ser de ADN o ARN. Por ejemplo, una prueba de paternidad es una prueba molecular. Se analiza el ADN del presunto padre y del hijo(a), para ver si comparten los mismos marcadores genéticos (fragmentos de ADN que son heredados). En el caso del coronavirus (SARS-CoV-2), la prueba molecular detecta marcadores genéticos en su ARN (otra molécula que también puede codificar la información genética).

La prueb…