Article traduït per un sistema de traducció automàtica. Més informació, aquí.

Grafeno, un material revolucionari per a les noves tecnologies

El recent premi Nobel als descobridors d'aquesta forma bidimensional del grafit ha destapat les seves possibilitats en la fabricació de pantalles i processadors
Per Jordi Sabaté 16 de novembre de 2010
Img grafeno portada
Imagen: CORE-Materials

La punta d’un llapis està composta de grafit, una forma alotrófica del diamant, elmaterial més dur descrit fins avui. No obstant això, sembla queel grafit cedeix davant la més mínima pressió contra el paper i esdesparrama per la fulla de cel·lulosa. En realitat, ni cedeix ni esdesparrama, sinó que s’exfolia en successives capes fins a la méselemental d’elles, una capa transparent d’un sol àtom degrossor que supera al diamant en duresa, densitat, resistència a la temperatura iconductivitat. És el grafeno, el material a les capes apilades del qual s’ha cridat fins ara grafit. El seu descobriment ha revelat les seves futures i revolucionàries aplicacions tant en la fabricació de pantalles tàctils i solars com en el desenvolupament de processadors fins a cent vegades més potents que els actuals de silici. Els seus descobridors rebran el proper mes el premi Nobel de Física 2010.

Grafit i grafeno

Imagen: CORE-Materials

El diamant és la formacristal·litzada que el carboni es troba en la naturalesa de manera més estable imajoritari. Les grans roques de diamant o les petites betes esaprecien tant per la seva bellesa com per les seves propietats de duresa iestabilitat davant la temperatura. Els resultats en el tall i en la talla són òptims, per la qual cosa aconsegueix formes d’extrema bellesa que expliquen el seu preu al mercat. També s’usa per tallar altres materials durs, com els metalls.

Si el diamant se sotmet acondicionsexcepcionals de pressió i temperatura -condicionis que solament espoden aconseguir en un laboratori especial o en les capes més baixesdel subsol-, es transforma en un material negre i rugós, una sortd’aneguet lleig. Aquest es coneix com a grafit, un alótrofo -una altra forma de presentació- del diamant. Tots dos són carboni,però la seva estructura és molt diferent.

Les capes apilades de grafeno conformen la massa de grafit

No obstant això, el grafit també té propietats útils per a la indústria, des dels llapis fins als maons i els gresols, sense deixar de costat els elèctrodes, elspistons o els reactors nuclears. És un excel·lentconductor elèctric i resulta dur i resistent en determinadescondicions. Alhora, barrejat amb una pasta, té característiques de friabilidad, com en el cas de les puntes delsllapis, que semblen vessar-se en les fulles i les taquen.

La seva funció consisteix a deixar petites capes de material intricades entre les fibres de cel·lulosa,de manera que li donen el color característic al paper tacat. Aquestescapes són piles d’unes altres molt més petites del materialelemental que conforma el grafit: el grafeno. Ho van descobrir fa pocs anys dos científics russos, Andre Geim i Konstantin Novoselov, que experimentaven ambuna punta de llapis a la qual li passaven cinta adhesiva per comprovar la composició del material que es quedava pegat. Les mostres arrencades amb la cinta es van extreure d’aquesta i es van analitzar en microscopis per desvetllar el seuconfiguració. Així es van descobrir les successives capes atòmiquesque conformen el grafit.

Es va cridar grafeno a la unitat elemental, que van aconseguir extreure mitjançant mètodes de laboratori per estudiar les seves particularitats. Llavors van confirmar, amb sorpresa, que era unmaterial nou, més dur que el diamant, transparent però ala vegada molt dens i un gran conductor de l’electricitat. És a mésun material molt flexible, malgrat la seva duresa, i té unasèrie de propietats que li fan molt interessant.

Processadors de grafeno

La primera d’elles és que la sevaconductivitat, superior a la del sílice, no desprèntant calor davant el desplaçament dels electrons pel seusuperfície. D’això es deriva un dels seus principals usos: comprocessador en dispositius informàtics portàtils. Aquests s’hanbasat sempre en hòsties de sílice -encara ho estan- i han registrat diversos problemes, sobretot, enaparells petits com els mòbils i els ordinadorsportàtils. Un d’ells és l’excessiu escalfament per culpa del processador, la qual cosa deriva en pèrdua deeficiència i desgast dels materials.

De moment, els processadors de grafeno no passen de la fase de laboratori, ja que s’intenta aconseguir un sistema de fabricació eficaç

La segona qualitat notabledel grafenoestà molt relacionada amb la primera: perquè els electrons es desplacin per la seva superfície, es requereixmenys energia de la qual precisa el sílice. Per tant, en un dispositiuportàtil, un hipotètic processador basat en grafeno aconseguiria unmajor estalvi energètic i durada de la bateria, a més d’unmenor escalfament. Al desembre de 2008, IBM va anunciar que hi haviafabricat i caracteritzat transistors que operaven a freqüències de26 ghz i, al febrer d’aquest any, la mateixa companyia va assenyalar que lavelocitat d’aquests nous transistors aconseguia els 100 ghz.

Però de moment elsprocessadors degrafeno no passen de la fase de laboratori, ja que encara s’intenta aconseguir un sistema de fabricació de capes quesigui eficaç i sense impureses. Fonts d’empresesimplicades en la seva producció assegurenque en deu anys poden ser una realitat, la qual cosa amb tota probabilitatseria una nova revolució tecnològica. De totes maneres, algunsexperts asseguren queno seria comparable a la qual ja va suposar l’aplicació delsílicea les tecnologies computacionals.

Pantalles de grossor atòmic

ImgImagen: ChemistryWorldUK

Una altrade les característiques del grafeno que més ha cridat l’atencióés que, malgrat la seva extrema duresa i densitat, sigui un material d’unaflexibilitat extraordinària. Això es deu al fet que és un cristall de lafinura del grossor d’un àtom amb un pes amb prou feines perceptible. Es calculaque una capa de grafeno capaç de cobrir un estadi de futbolpesaria de l’ordre d’un gram. Si a aquesta ductilitat illeugeresa s’uneix la seva elevada conductivitat electrònica, el grafeno es converteixen un gran candidat per a les pantalles dels dispositiusdel futur.

Les sevescaracterístiques de flexibilitat li permetrien plegar-se iestendre’s a gust de l’usuari per mostrar tant una gran pantallaen alta definició com una polsera amb informació, en les sevesmúltiples variants. D’altra banda, combinat amb la coneguda com atintasolar, podria resultar un material adequat per desenvoluparpanells d’energia solar que facilitessin que els dispositius esrecarreguessin a si mateixos, fins i tot en condicions de baixa lluminositat.Una companyia dedicada al desenvolupament de projectes d’energiesalternatives ha rebut ja per part d’una empresa de capital xinès unainversió de 300 milions de dòlars per a recerques ambtinta solar.