grafeno

EL GRAFENO Guille Palou Nacho Suñer

Índice 1- Introducción………….…………………………….………diap. 3 2- Historia del grafeno……………….……….........diap. 4-7 3- Qué es el grafeno?.......................................diap. 8-9 4- Propiedades…………………………………….…….diap. 10-12 5- Aplicaciones………………………………….....……diap. 13-17 6- Inconvenientes………………………………........….diap. 18 7- Visiones futuristas………………………........…….diap. 19 8- Conclusión……………………………………….……….diap. 20 9- Bibliografia…………………………………….……….…diap. 21

1. Introducción En este powert point os vamos a explicar todo lo relacionado con el grafeno. Primero empezaremos hablando sobre su descubrimiento. Después explicaremos brevemente de qué está formado, y cuál es su estructura interna. Y luego ya hablamos sobre sus excelentes propiedades, aplicaciones, ventajas... Aunque también esmentaremos algunos de sus inconvenientes. Hemos hecho la explicación de todo esto utilizando también esquemas, fotografías y algún que otro vídeo, que complementan el significado de lo escrito.

2. Historia del grafeno

Andre Geim y Konstantin Novoselov

Ya se conocía en 1889 1930: enlace químico y estructura determinados

Grafen o

1949: Philip Russell Wallas calcula estructura electrónica de bandas Poca atención porque se pensaba que era inestable. 1994: se adapta la palabra grafeno ( = monocapa de grafito ) Andre Geim y Konstantin Novoselov aislan las primeras muestras de grafeno a partir de grafito mediante un proceso de exfoliación mecánica 200 4:

Geim y Novoselov extraen grafeno de un trozo de grafito, utilizando una cinta adhesiva que les permite extraer una lámina de un solo átomo de carbono. 2010: Ganaron Premio Nobel de Física

Como extrajeron por primera vez el grafeno En 2004, el físico Andre Geim, de la Universidad de Manchester, buscaba una nueva línea de investigación para un estudiante de doctorado que acababa de llegar, Konstantin Kostya Novoselov. Entonces tuvo una idea. Otro de sus estudiantes estaba investigando el grafito. Para el estudio de este material, es necesario que su superficie esté lo más pulida y limpia posible. Para ello, en estos laboratorios de alta tecnología se usa un método bastante rudimentario. Simplemente se pega un trozo de cinta adhesiva sobre la muestra y se tira con garbo. De esta forma se arrancan las capas más superficiales, que suelen estar dañadas y contaminadas, y se analiza el grafito restante. Las cintas de celo usadas para el pulido se tiran sin más. Sin embargo, en un giro genial, a Andre se le ocurrió mirar en esa otra dirección, la de los restos pegados al celo, y proponerle a Kostya el estudio de las capas de grafito que normalmente se desechan. Lo que ninguno de los dos se imaginaba es que, entre los cientos de laminillas pegadas a la cinta, algunas serían monocapas cristalinas de grafito, o sea, grafeno, cuyas propiedades revolucionarían la física de los materiales. Con estos resultados viajaron a EE UU y los presentaron en la reunión anual más famosa de físicos de la materia condensada, el March Meeting.

En este vídeo podemos observar el experimento que Llevaron a cabo para obtener grafeno a partir De una mina de lápiz y una cinta adhesiva.

http://www.youtube.com/watch?v=Q-UkS1eWxH8

3. ¿Qué es el grafeno? - Es un alótropo: Posee estructuras químicas diferentes. - Es un teselado hexagonal plano formado por átomos de carbono y enlaces covalentes

Diversas láminas superpuestas de grafeno forman el grafito ¿Qué es?

Los enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas se deben a fuerzas de Van der Waals La longitud de los enlaces carbono-carbono es de aproximadamente 1,42 Å (ångstroms). Es el componente estructural básico de todos los demás elementos grafíticos, incluidos el propio grafito, los nanotubos de carbono y los fullerenos.

Estructura interna del grafeno

4. Propiedades Alta elasticidad ( deformable ), flexibilidad y transparencia. Alta conductividad términa y eléctrica. Autoenfriamiento

Propiedade s

Alta resistencia y dureza(200 veces mayor que la del acero, casi igual a la del diamante). Gran potencial de desarrollo. Soporta la radiación ionizante. Gran ligereza, como la fibra de carbono, pero más flexible. Menor efecto Joule: se calienta menos al conducir los electrones.

Para una misma tarea que el silicio, menor consumo de electricidad. Genera electricidad al ser alcanzado por la luz. Volumen muy alto, lo que le atorga un buen futuro en el mercado de los supercondensadores. Se le puede introducir impurezas para cambiar su comportamiento de tal manera que se pueda hacer que no repela el agua o que incluso mejore todavía más la conductividad. Cuando una lámina de grafeno recibe algún daño que quiebra su estructura produciendo un agujero consigue atraer átomos de carbono situados en las proximidades para así reparar los huecos (se autorepara). Transparencia casi completa y densidad tal que ni siquiera los átomos de helio, que son los más pequeños que existen, podrían atravesarlo.

5. Aplicaciones Destilación de etanol a temperatura ambiente para combustible y consumo humano Detectores ultrasensibles de gas. Moduladores ópticos. Aplicacione s

Transistores de grafeno. Circuitos integrados más rápidos y eficientes. Electrodos transparentes Dispositivos electrónicos y pantallas flexibles Células solares Desanilización ( es un proceso mediante el cual se elimina la sal del agua de mar o salobre)

Aplicaciones en la electrónica: Las propiedades del grafeno son ideales para utilizarlo como componente de circuitos integrados. Está dotado de alta movilidad de portadores, así como de bajo nivel de «ruido». Ello permite que se le utilice como canal en transistores de efecto de campo. La dificultad de utilizar grafeno está en la producción del mismo material en el sustrato adecuado.

Batería duradera: Se ha demostrado que con electrodos de grafeno se consiguen baterías diez veces más duraderas que las baterías de ion-litio que usan la mayoría de los móviles actuales, además el proceso de carga sería inferior al de éstas (aproximadamente media hora frente a una hora y media aproximada de las de ion-litio). Aún así no se esperan baterías basadas en grafeno hasta dentro de 5 años.

Circuito integrado

Bateria duradera

Blindaje: Para que podamos hacernos una idea de la dureza del grafeno, Jaffrey Kysar y James Hone, propusieron una curiosa analogía: Comparó las pruebas realizadas por su equipo con poner una cubierta de plástico sobre una taza de café y medir la fuerza que requeriría pinchar esa cubierta con un lapicero. Si en lugar de plástico lo que se pusiera sobre la taza de café fuera una lámina de grafeno, después situáramos encima un lápiz, y en lo alto de éste colocáramos un automóvil que se sostuviera en equilibrio sobre él, la lámina de grafeno ni se inmutaría. Se puede decir, sin duda, que el grafeno es el material más duro del mundo.

Lámina de grafeno

Aviación: El Pentágono ha asignado tres millones de dólares a la Universidad de Princeton para que desarrolle diminutas hojas de grafeno que, añadidas al combustible empleado en los motores de los aviones supersónicos, consigan una optimización en su funcionamiento y una reducción en el consumo. Los aditivos de combustible fabricados con partículas minúsculas de grafeno podrían lograr que los aviones supersónicos vuelen aún más rápido y que sus motores lleguen a contar con mejores condiciones de eficiencia y protección de la sostenibilidad ambiental.

Hojas de grafeno para motores

Energía: Los investigadores ven una amplia variedad de aplicaciones para el papel de óxido de grafeno, incluyendo su uso en membranas con permeabilidad controlada, y para las baterías o ultracondensadores destinados a usos en el ámbito energético. Estos dispositivos de almacenamiento de energía podrían ayudar al almacenar brotes repentinos de energía, por tanto, supondría una ayuda para aprovechar el irregular suministro por parte de las fuentes “verdes”. Esto revolucionará el concepto de energía renovable y la Papel de óxido de grafeno elevará a unas cotas de eficiencia nunca vistas.

Detectar enfermedades: Mike McAlpine, ingeniero investigador de la universidad de Priceton ha desarrollado sensores basados en el Grafeno que se “tatuarían” en los dientes para la detección de enfermedades, las bacterias se pegarían a la superficies de los sensores a modo de velcro. Estos sensores irían sobre una fina capa de seda que se adhiere al diente mediante la saliva, quedaría fuertemente pegado al diente, y adherido a la superficie mediante fuerzas de Wan der Waals.

Sensor de grafeno en un diente

Estudio de líquidos: En un estudio de la universidad de California se señala que el grafeno puede ayudar al estudio de los líquidos. Al intentar estudiar un determinado líquido en la misma resolución que un sólido, antes de observarlo con un microscopio hay que encapsularlo entre dos “pantallas”, estas suelen ser silicio, pero el problema radica en que las pantallas hechas con este material son demasiado gruesas para obtener una resolución óptima. Pues el sustitutivo de estas “pantallas” de silicio pueden ser láminas de grafeno, que se presenta en capas de extrema delgadez, es prácticamente transparente y los líquidos se podrían ver a través de los TEM (microscopios electrónicos de transmisión) con una alta resolución.

6. Inconvenientes

El principal problema actual en la aplicación del grafeno es su producción en cantidades y coste asumibles para su uso.

También muchos investigadores creen que el Grafeno puede rivalizar con el principal producto de la electrónica, el silicio, pero existen argumentos para asegurar que el grafeno no reemplazará al silicio en los dispositivos electrónicos. Por ejemplo, el grafeno no presenta resistividad (resistencia eléctrica) con la que sí cuenta el silicio. Esta falta de resistencia eléctrica hace que el grafeno no pueda dejar de conducir la electricidad, lo que puede ser un gran inconveniente. En contra de esto numerosos investigadores están intentando alterar químicamente las propiedades del material para hacerlo más apto y funcional. En el grafeno es difícil ‘detener’ los electrones. Y en un transistor, éstos tienen que ser controlados como con una llave que a veces hay que cerrar y abrir

7. Visión futurista

Como vemos, la promesa de una nueva era basada en el carbono (y no en el silicio) se acerca a marchas forzadas. En un plazo medio, nos podemos ver inundados de dispositivos, mecanismos y tecnologías basadas en el grafeno, con unos rendimientos varios órdenes de magnitud por encima de lo que estamos acostumbrados ahora. Estamos asistiendo a un momento de gran impacto en la sociedad y las formas de acceso a las nuevas tecnologías, ya que muchas de las estructuras que conocemos, podría en unos años estar hechas de este curioso material. Se estima que los aparatos electrónicos basados en este material estarán disponibles en 2016. Es tan grande la magnitud de este nuevo e innovador invento que cualquier mera descripción se queda corta para poder expresar las numerosas ventajas y mútiples características y funciones de este material

8. Conclusión Como conclusión podemos decir que el grafeno va a ser el material que va a revolucionar toda la electrónica. Tendrá muchísimas aplicaciones ( ya en marcha ) que mejorarán la calidad y la duración de muchos aparatos debido a sus extraordinarias propiedades ya esmentadas anteriormente. Aunque muchos científicos digan que no, el grafeno sustituirá al silicio, porque se acabará encontrando la manera de hacer que el grafeno deje de conducir la electricidad, ya sea cambiando químicamente su estructura o modificándolo con otros elementos. Todos los dispositivos electrónicos que ahora son sólidos, en un futuro cercano serán flexibles completamente. No nos podemos llegar a imaginar lo que puede suponer este cambio...

9. Bibliografia

http://quimica-iti-12-13.wikispaces.com/Descubrimiento+y+repercusi%C3%B3n+del+Grafe http://es.wikipedia.org/wiki/Grafeno http://www.seas.es/blog/content/el-grafeno-propiedades-caracteristicas-y-aplicaciones http://elpais.com/diario/2010/08/06/sociedad/1281045602_850215.html http://grafeno.com/principales-usos-del-grafeno-en-la-industria/ http://elpunterodigital.blogspot.com.es/2013/02/el-grafeno-el-material-que-cambiara.html