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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

EL GRAFENO

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Introducción Imaginar que hay un material casi irrompible y 200 veces más duro que el acero pero a la vez flexible y muy ligero a la hora de cogerlo con la palma de la mano pues bien ese material existe y se llama grafeno. Esta sustancia casa idealmente con otra palabra de futuro: la nanotecnología. Gracias a ella, el grafeno se convertirá en un producto con múltiples aplicaciones que generará incontables beneficios para la sociedad. Aún se encuentra en fases iniciales de experimentación porque resulta complicado fabricarlo debido a su peculiar estructura pero las expectativas son elevadas y las esperanzas muchas. Vamos a conocer la historia, características y posibilidades de este fascinante material. El carbono es el elemento químico mas estudiado. A través de sus compuestos, forma parte de numerosos materiales de gran importancia para nuestra vida cotidiana. Durante largo tiempo se considero que el carbono puro, a temperatura y presión ambientes, existía en forma de dos tipos de materiales, con características muy distintas entre ellos: el grafito, constituidos por láminas apiladas fáciles de separar, y el diamante, de estructura cúbica cristalina. El Grafito en los años setenta del siglo pasado se estudiaron los compuestos intercalares del grafito. Consta de láminas muy finas de grafito, que pueden ser superconductoras, entre capas de otros materiales. También se estudiaron de forma intensiva polímeros como el poliacetileno, que puede considerarse una cadena muy larga de átomos de carbono, con algunos enlaces saturados con hidrógeno.

Formas alotrópicas1 del carbono: Grafito (3D), Grafeno (2D), Nanotubos (1D), Fullerenos (0D)

En los años ochenta se descubrió, en el espacio, el fullereno, una molécula de sesenta átomos de carbono (C60) y con forma de balón de fútbol. En los noventa se descubrieron los nanotubos de carbono, láminas muy finas de grafito enro- lladas en forma de tubo. 1 Alotropía es la existencia de dos o más formas estructurales moleculares o cristalinas de un elemento QUIMICA GENERAL

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Finalmente, a principios del presente siglo, se demostró que podían aislarse y manipularse laminas de grafito con un espesor de un solo átomo: “el grafeno”.

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El grafeno, un material bidimensional transparente, de un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados, desde 1 hasta 10 capas superpuestas, en una red cristalina en forma de panal de abeja mediante enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición de los híbridos sp² de los carbonos enlazados.

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El grafeno es una escala atómica de panal de abejas compuestas por átomos de carbono.

El nombre proviene de GRAFITO + ENO. En realidad, la estructura del grafito puede considerarse como una pila de un gran número de láminas de grafeno superpuestas. Los enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas se debe a fuerzas de Van der Waals e interacciones entre los orbitales π de los átomos de carbono.

Estructura

La estructura del grafeno es sencilla. Visto en un microscopio electrónico, que es la única manera como se puede observar una matriz de átomos, parece una malla de anjeo. Pero la sencillez se limita a su apariencia. A medida que se estudia y se conoce más, los físicos están descubriendo en el grafeno propiedades tan especiales que han llevado a algunos a afirmar que se trata de un material milagroso.

El primer milagro está en su casi total ausencia de espesor. En nuestro universo, en que todo tiene tres dimensiones, el grafeno es una poco común estructura bidimensional, Nanométrica con una apariencia semejante a una capa de panal de abejas por su configuración atómica hexagonal.

Abundancia y obtención

En esencia, el grafeno es un plano atómico aislado de grafito. Planos de grafeno son aún mejor separados en los compuestos de grafito intercalados. En 2004, físicos de la Universidad de Manchester y el Instituto de Microelectrónica Tecnología, Cherno- golovka, Rusia, en primer lugar los planos individuales de grafeno aislados utilizando cinta adhesiva. También QUIMICA GENERAL

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midieron las propiedades electrónicas de los copos obtenidos y mostraron sus propiedades únicas. En 2005, el mismo grupo de Manchester, junto con investigadores de la Universidad de Columbia demostraron que la cuasi partículas en el grafeno son fermiones de Dirac2 sin masa. Estos descubrimientos llevaron a una explosión de interés en el grafeno. Desde entonces, cientos de investigadores han entrado en la zona, dando lugar a una búsqueda exhaustiva de los trabajos relacionados anteriores. Es ahora bien conocido que pequeños fragmentos de hojas de grafeno se producen (junto con las cantidades de otros residuos) cada vez que el grafito es erosionada, como al dibujar una línea con un lápiz. Hubo poco interés en este residuo de grafito antes de 2004/05 y, por lo tanto, el descubrimiento del grafeno es a menudo atribuida a Andre Geim y sus colegas que presenta el grafeno en su encarnación moderna. En 2008 grafeno producida por la exfoliación es uno de los materiales más costosos en la Tierra, con una muestra que se puede colocar en la sección transversal de un cabello humano que cuesten más de $ 1,000 en abril de 2008 (unos 100.000.000 dólares / cm2). Desde entonces, los procedimientos de exfoliación se han ampliado, y ahora las em-presas venden grafeno por toneladas. Por otra parte, el precio de grafeno epitaxial3 de carburo de silicio está dominada por el precio de sustrato, que es de aproximadamente $ 100/cm2 como de 2009. Incluso el grafeno más barato se ha producido por la transferencia de níquel por investigadores coreanos, con un tamaño de la oblea4 de hasta 30"

Método de dibujo En 2004, los investigadores rusos obtuvieron grafeno por medios mecánicos exfoliación5 de grafito. Ellos usaron la cinta cohesiva para dividir en varias ocasiones los cristales de grafito en pedazos cada vez más delgada. La cinta se adjunta con escamas transparentes ópticamente se disolvió en acetona y, después de una cuantas nuevas medidas, incluyendo las escamas monocapas se sedimentaron en una oblea de silicio. Individuales planos atómicos fueron cazados a continuación, en un microscopio óptico. Un año más tarde, los investigadores simplificado la técnica y comenzó a utilizar la deposición seca, evitando la fase de grafeno flotando en un líquido. Cristalitos relativamente grande (en primer lugar, sólo unos pocos micrómetros de tamaño pero, con el tiempo, más de 1 mm y visible a simple vista) se obtuvieron por la técnica. Se refiere a menudo como una cinta adhesiva o método de dibujo. El último nombre apareció por la deposición seca se asemeja a dibujar con un pedazo de grafito. La clave para el éxito, probablemente fue el uso de visuales de alto rendimi- ento de 2

En física de partículas, un fermión de Dirac es un fermión que no es su propia antipartícula. Se llama así por Paul Dirac. Todos los fermiones en el Modelo Estándar, excepto posiblemente los neutrinos, son fermiones de Dirac.

3 La epitaxia o crecimiento epitaxial es uno de los procesos en la fabricación de circuitos integrados. A partir de una cara de un cristal de material semiconductor, o sustrato, se hace crecer una capa uniforme y de poco espesor con la misma estructura cristalina que este. Mediante esta técnica se puede controlar de forma muy precisa el nivel de impurezas en el semiconductor, que son los que definen su carácter (N o P). Para hacer esto se calienta el semiconductor hasta casi su punto de fusión y se pone en contacto con el material de base para que, al enfriarse, recristalice con la estructura adecuada.

4 Oblea: plancha de material semiconductor, generalmente compuesto de silicio. 5 La exfoliación es la división de una cosa en láminas o escamas QUIMICA GENERAL

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reconocimiento de grafeno sobre un substrato adecuado elegido, que ofrece un notable contraste óptico, pero pequeña.

El crecimiento epitaxial de carburo de silicio Otro método de obtener grafeno es calentar el carburo de silicio a altas temperaturas (> 1100 °C) para reducir al grafeno. Este proceso produce un tamaño de muestra que depende del tamaño del carburo de silicio sustrato utilizado. La cara del carburo de si-licio usado para la creación de grafeno, el silicio-terminados o terminados de carbono, altamente influye en el, la movilidad y el transportista densidad espesor de la grafeno.

Reducción de óxido de Grafito Reducción de óxido de Grafito fue probablemente primer método de la historia de la síntesis de grafeno. P. Boehm reporto capas de óxido de grafeno reducido ya en 1962. La contribución de Boehm fue reconocido recientemente por el ganador del premio Nobel de la investigación de grafeno, Andre Geim: (muchos pioneros en grafeno Discovery). La exfoliación de óxido de grafito puede ser alcanzada por la calefacción rápida y tomar el polvo sumamente dispersado de carbón con pocos por ciento de escamas de grafeno. El principio consiste en oxidar el grafito en un medio ácido y luego con la hidracina como la reducción de disolvente para limpiar el grafeno.

Desde nanotubos Los métodos experimentales para la producción de cintas de grafeno se informó que consiste en cortar los nanotubos abiertos. En uno de esos métodos múltiples nano- tubos de carbono de pared son a cielo abierto en la solución por la acción de perman- ganato de potasio y ácido sulfúrico. En otro método nanocintas grafeno se producen por la aguafuerte del plasma de los nanotubos incrustados en parte de una película de polímero

Propiedades

El grafeno es un material formado por capas, que comprende desde una hasta 10 capas superpuestas. Sus propiedades están en función de su dimensionalidad. Tomando como base discriminatoria la especificidad de sus propiedades, el grafeno puede ser clasifi cado en 3 tipos: monocapa, bicapa y aquél que se haya en el rango de 3 a 10 capas.6 Sin embargo, presentan un conjunto de propiedades comunes que permiten caracterizar los tres tipos como grafeno.

Estructura atómica La estructura atómica del grafeno aislado, de una sola capa se estudió mediante mi-croscopía electrónico de transmisión (TEM) en hojas de grafeno suspendido entre barrotes de una rejilla metálica. Patrones de difracción de electrones mostró la red hexagonal del grafeno. Grafeno suspendido también mostró "onda" de la hoja plana, con una amplitud de alrededor de un nanómetro. Estas ondas pueden ser intrínsecas al grafeno como consecuencia de la inestabilidad de los cristales de dos dimensiones, o pueden ser extrínsecas, originarios de la tierra en todas partes se ve en todas las imágenes de TEM de grafeno. Imágenes de resolución atómica real espacio de grafeno aislado, de una sola capa sobre sustratos de dióxido de silicio se obtuvieron por microscopía del efecto túnel. El grafeno procesado utilizando técnicas litográficas está cubierto de residuos byphoto-resist, que tienen que limpiarse para obtener QUIMICA GENERAL

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imágenes de resolución atómica. Estos residuos pueden ser el "adsorbatos", observó en las imágenes TEM, y puede explicar el murmullo de grafeno suspendidas. Ondulación de grafeno en la superficie de dióxi-do de silicio se determinó la conformación de grafeno para el dióxido de silicio subya-cente, y no un efecto intrínseco.

Propiedades electrónicas El grafeno es diferente de la mayoría de los materiales convencionales de tres dimensi-ones. Grafeno intrínseca es un semimetal o semiconductor. Comprender la estructura electrónica del grafeno es el punto de partida para encontrar la estructura de bandas de grafito.

Transporte electrónico Dispersión por la acústica fonones6 de los lugares de grafeno límites intrínsecos de la movilidad temperatura ambiente a 200 000 cm2V-1s-1 a una densidad del portador, de 10 de 12 cm-2. El correspondiente resistencia de la lámina de grafeno es de 10-6 Ω·cm. Esto es menos de la resistividad de la plata, la resistividad sustancia más conocida a temperatura ambiente. Sin embargo, para grafeno sobre el dióxido de sustratos de silicio, la dispersión de electrones por fonones ópticos del sustrato es un efecto mayor en la temperatura ambiente de difusión por parte del grafeno fonones propia. Esto limita la movilidad a 40.000 cm2 V-1s-1

Las propiedades ópticas Unas propiedades electrónicas del grafeno producir una opacidad inesperadamente alta de una sola capa atómica, con un valor sorprendentemente simple: absorbe πα ≈ 2,3% de la luz blanca, donde α es la constante de estructura fina. Esto ha sido confirmado experimentalmente, pero la medida no es lo suficientemente precisa para mejorar en otras técnicas para determinar la constante de estructura fina

Anómalo de efecto Hall cuántico7 El grafeno presenta un efecto llamado efecto Hall cuántico, por el cual la conductividad perpendicular a la corriente toma valores discretos, o cuantizados, permitiendo esto medirla con una precisión increíble. La cuantización implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser cero (su valor mínimo depende de la constante de Planck y la carga del electrón).

El efecto Hall generador por el grafeno le hace ser un excelente semiconductor

Propiedades térmicas

6 El fonón es una cuasi partícula que describe una como una vibración en una red cristalina unidad. 7 El Efecto Hall consiste en la aparición de un campo eléctrico en un conductor cuando es atravesado por un campo magnético. A este campo eléctrico se le llama campo Hall Efecto Hall cuántico: Se observa que al atravesar con un fuerte campo magnético a un material bidimensional a bajas temperaturas con una corriente perpendicular al campo la conductividad del material varía dependiendo del campo magnético y el factor de llenado del material el cual puede ser escrito como un número entero o fraccional.

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Los investigadores pudieron calcular la conductividad térmica del grafeno, cuyo valor resultó ser de 5300 W/(m K) a temperatura ambiente. Este es el valor más alto cono-cido para un sólido: 50% más alto que el de los nanotubos de carbono y más de 10 veces mayor que el de los metales como cobre y aluminio.

Propiedades mecánicas A partir de 2009, el grafeno parece ser uno de los materiales más fuertes probado nunca. Las mediciones han demostrado que el grafeno tiene una resistencia a la rotura de 200 veces mayor que la de acero, una resistencia a la mayor parte de 130GPa. Sin embargo, el proceso de separación es de Una malla de grafeno de un átomo espesor demuestra su grafito, en el que se produce naturalmente, de resistencia soportando la presión será necesario un cierto desarrollo de un punzón de diamante. tecnológico antes de que sea económica suficiente para ser utilizados en procesos industriales, aunque esto puede estar cambiando en breve Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen: * Alta conductividad térmica y eléctrica. * Alta elasticidad y dureza. * Resistencia (200 veces mayor que la del acero). * El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo. * Soporta la radiación ionizante. * Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible. * Menor efecto Joule, se calienta menos al conducir los electrones. * Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio. Otras propiedades interesantes desde el punto de vista teórico son las siguientes: * Los electrones que se trasladan sobre el grafeno, se comportan como cuasipartículas sin masa. Los llamados fermiones de Dirac. Dichos fermiones se mueven a una velocidad constante independientemente de su energía (como ocurre con la luz), en este caso a unos 106 m/s. La importancia del grafeno, en este aspecto, consiste en estudiar experimentalmente este comportamiento que había sido predicho teóricamente hace más de 50 años. * El grafeno presenta un efecto llamado efecto Hall cuántico, por el cual la conductividad perpendicular a la corriente toma valores discretos, o cuantizados, permitiendo esto medirla con una precisión increíble. La cuantización implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser cero (su valor mínimo depende de la constante de Planck y la carga del electrón). * Debido a las propiedades anteriores, los electrones del grafeno pueden moverse libremente por toda la lámina y no quedarse aislados en zonas de

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las que no pueden salir (efecto llamado localización de Anderson8, y que es un problema para sistemas bidimensionales con impurezas). * Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera el átomo de helio, cuyos átomos son los más pequeños que existen (sin combinar en estado gaseoso) puede atravesarlo.

Aplicaciones Potenciales En la electrónica El grafeno tiene propiedades ideales para ser utilizado como componente en circuitos integrados Este elemento tiene unas propiedades electrónicas especiales que han revolucionado el concepto de la física de materiales en el terreno de la electrónica y la computación. Para que se pueda aplicar el grafeno a los dispositivos electrónicos es importante conocer estos pequeños defectos que tienen. Se han utilizados métodos como la Vista de un cristal de grafito (2 capas de grafeno) ionización que consiguen variar sus propiedades electrónicas y de movimiento, además de dotarles de magnetismo. Según los cálculos más recientes, la falta de un átomo en la estructura de este material podría originar magnetismo a temperatura ambiente lo que se podría traducir en aplicaciones tecnológicas. 8

Localización de Anderson: Los estados electrónicos de los sólidos cristalinos son extendidos, como garantiza el teorema de Bloch. Por tanto, la función de onda ocupa todo el sólido, lo que implica que es igualmente probable encontrar al electrón en cualquier celda unidad. Un comentario similar puede hacerse en relación a las vibraciones de los átomos de un sólido cristalino pues los modos normales corresponden a estados vibracionales donde casi todos los átomos oscilan. Desde 1958 sabemos, gracias a P. W. Anderson, que esta imagen no es correcta cuando existe algún tipo de desorden en el sólido. Entonces los estados electrónicos y vibracionales pueden localizarse espacialmente, ocupando solamente una pequeña región del sistema, como indica esquemáticamente la figura 01

figura 01

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El grafeno tiene una alta movilidad de portadores, así como un bajo nivel de ruido, lo que permite que sea utilizado como canal en transistores de efecto de campo (FET). La dificultad de utilizar grafeno estriba en la producción del mismo material, en el substrato adecuado. Los investigadores están buscando métodos como la transferencia de hojas de grafeno desde el grafito (exfoliación) o el crecimiento epitaxial (como la grafitización térmica de la superficie del carburo de silicio - SiC). En diciembre de 2008, IBM anunció que habían fabricado y caracterizado transistores operando a frecuencias de 26GHz. En febrero del 2010, la misma IBM anunció que la velocidad de estos nuevos transistores alcanzaba los 100 GHz.[] Las publicaciones especializadas bullen con artículos que presentan a esta estructura de carbono como la Panacea universal en la tecnología y el reemplazo de dispositivos de Silicio por Grafeno; pero no toda la comunidad científica comparte este optimismo por el Grafeno. El célebre físico holandés Walt De Heer afirma que "el grafeno nunca reemplazará al silicio". "Nadie que conozca el mundillo puede decir esto seriamente. Simplemente, hará algunas cosas que el silicio no puede hacer. Es como con los barcos y los aviones. Los aviones nunca reemplazaron a los barcos".

En la investigación ¿Te suena de algo el acelerador de partículas del CERN? El complejo, que ocupa kilómetros cuadrados cerca de Ginebra (Suiza), sirve para explorar el mundo de lo infinitamente pequeño para buscar los elementos fundamentales de la materia. Los físicos están tratando de usar el grafeno para fabricar una especie de acelerador en miniatura. "En un fragmento de grafeno de un único centímetro cuadrado es posible realizar muchos de los experimentos que hasta ahora requerían laboratorios como el del CERN". Si se convierte en realidad, los científicos podrían buscar el Bosón de Higgs (partícula elemental hipotética, que aún no ha sido observada, y conocida como la partícula Dios) en un laboratorio que cabe en la yema del dedo.

En la aviónica 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 y la contaminación ambiental. Según los científicos, este desarrollo puede alumbrar el nacimiento de una nueva era en los motores de combustión de las aeronaves. 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.

En la 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 ultra-condensadores 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 elevará a unas cotas de eficiencia nunca vistas.

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En la biología Modificar la química de grafeno, área de gran superficie, el espesor atómico y gatable estructura molecular que funcionalizado anticuerpos hojas de grafeno excelentes candidatos para la detección de mamíferos y microbianos y los dispositivos de diagnóstico Energía de los electrones con el número de onda k en el grafeno, calculado en la unión estrecha de aproximación. Los desocupados (ocupados) afirma, de color azul-rojo (amarillo-verde), se tocan sin brecha de energía exactamente en la mencionada seis k-vectores. La aplicación biológica más ambicioso de grafeno es para, de bajo costo electrónica rápida secuenciación del ADN. Integración de grafeno (espesor de 0,34 nm) capas como nano-electrodos en un nano-pore puede resolver uno de los problemas de cuello de botella de base de una sola molécula de ADN-la secuencia nano-pore

Noticias sobre el Grafeno El grafeno, un material bidimensional y de sólo un átomo de grosor, es el responsable de que la Real Academia de las Ciencias de Suecia haya premiado con el Nobel de Física a los investigadores rusos Andre Geim y Konstantin Novoselov, este año (2010) La Academia definió el grafeno como el "perfecto entramado atómico", y alabó el trabajo de Geim y Novoloselov, por "haber mostrado que el carbono en una forma tan plana tiene propiedades excepcionales que se producen en el interesante mundo de la física cuántica". Elsa Prada, investigadora del Instituto de Ciencia de Materiales del CSIC, explica a RTVE.es que "el grafeno es un nuevo material que se pensaba que no podía existir". Debido a su extrema delgadez, tiene solo un átomo de grosor, "se pensaba que se si conseguía sintetizar, el grafeno sería muy inestable". Sin embargo los premiados Geim y Novoselov, que trabajan actualmente en la Universidad de Mánchester en Reino Unido, descubrieron en 2004 no sólo que se podía sintetizar, sino que además, como afirma Prada "tenía unas propiedades asombrosas y que abría todo un mundo de posibilidades en la nanotecnología". Desde ese momento el grafeno deslumbró a la comunidad científica. "Nos quedamos maravillados y fuimos muchos los científicos que nos pusimos a investigar sobre este material. Y gracias a este esfuerzo común se ha avanzado mucho en solo seis años", explica la experta que actualmente trabaja precisamente como Física Teórica con el grafeno. Prada considera "que es un premio muy merecido porque ha supuesto una gran revolución en la física de los materiales" y que lo único que lo podría 'ensombrecer' es la falta de reconocimiento al físico japonés Sumio Lijima, especialista en nanotecnología y descubridor de los nanotubos de carbono. "Lijima debería haber sido el tercer galardonado", señala la española, "ya que así se reconocería al conjunto de personas que se han dedicado al estudio del Carbono".

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La investigadora añade que otro motivo por el que cree que este premio es más que merecido es porque "este material tiene un gran potencial de futuro. No se queda simplemente en un descubrimiento admirable del ser humano, sino que su historia sólo acaba de comenzar y crece a una velocidad asombrosa”. Estas investigaciones y estudios han abierto todo tipo de aplicaciones prácticas para el grafeno y otros materiales bidimensionales. Por todo esto, son muchos los científicos que esperan que este material juegue un papel realmente importante en la electrónica futura. En cuanto a si el grafeno será el sucesor del silicio, mediante la fabricación de chips que lo reemplacen en la electrónica, es un tema que según la investigadora "está por ver”. "Es un material único con cualidades en muchos sentidos diferentes del Silicio" explica Prada, que añade que el gafreno "puede ser utilizado para muchas cosas que el Silicio no”. "Si además, y gracias a las investigaciones todavía en curso, consiguiese usarse también como transistor en un futuro chip de dimensiones extraordinariamente pequeñas, entonces podría complementar e incluso suceder al Silicio", concluye la investigadora.

La llegada del grafeno al mercado Una startup en Jessup, Maryland, espera poder lanzar al mercado este año uno de los primeros productos basado en el nanomaterial conocido como grafeno. Vorbeck Materials está fabricando tintas conductoras basadas en el grafeno y que pueden ser utilizadas para imprimir antenas RFID (identificación por radiofrecuencia, por sus siglas en inglés) y contactos eléctricos para pantallas flexibles. La compañía, que se aprovecha del bajo coste de las tintas de grafeno, posee un acuerdo con el gigante de productos químicos alemán BASF, y el mes pasado recibió 5,1 millones de dólares en financiación de la firma de inversiones privadas Stoneham Partners. Desde que fue creado en el laboratorio por primera vez en 2004, el grafeno ha sido considerado como un material maravilloso: las hojas de átomos de carbono de dos dimensiones son el material más fuerte jamás puesto a prueba, y las propiedades eléctricas del grafeno hacen de él un reemplazo potencial del silicio para los chips de ordenador de alta velocidad. Sin embargo, la síntesis del grafeno para que alcance la calidad necesaria para fabricar transistores sigue siendo, a día de hoy, un proceso costoso que aún no es posible llevar a cabo a escala industrial, aunque los investigadores están manos a la obra para solucionar este problema. Vorbeck Materials está fabricando lo que el consejero científico de la compañía, Ilhan Aksay, denomina como grafeno “defectuoso” en grandes cantidades. Aunque las propiedades eléctricas del grafeno no son lo suficientemente buenas como para hacer transistores, aún así resulta fuerte y conductivo. Vorbeck Materials obtuvo la licencia de su método para fabricar grafeno “arrugado” de Aksay, un profesor de ingeniería química de la Universidad de Princeton. Vorbeck Materials afirma que las tintas hechas con este material arrugado son lo suficientemente conductivas y baratas para competir con las tintas de carbono y plata que actualmente se utilizan en las pantallas y QUIMICA GENERAL

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en las antenas de las etiquetas de RFID. (Otra startup que también está trabajando con grafeno defectuoso, Graphene Energy en Austin, Texas, está utilizando una forma similar del material para fabricar electrodos para ultracondensadores.)

Aplicaciones del grafeno: En la VI Reunión del Grupo Especializado de Física del Estado Sólido, de la Real Sociedad Española de Física, el catedrático de la Universidad de Manchester, Konstantin Novoselov, dió a conocer el método que ha desarrollado para la obtención de grafeno. Este material se ha convertido en un elemento clave en la electrónica del futuro. Se trata de un material conductor, transparente y opaco a la vez, que se utilizará para aparatos tanto electrónicos como ópticos, sobre todo en pantallas táctiles. Además, ya ha sido utilizado para fabricar chips que funcionarán hasta mil veces más rápido que los convencionales. Por este motivo, se puede convertir en el sustituto del silicio en la electrónica. Algunas aplicaciones podrían llegar pronto, ya que el coste es bastante barato y la eficacia será mayor. Incluso hay empresas que ya están experimentando con ello. El hallazgo de Novoselov se produjo hace unos cuatro años, cuando dio por intuición con un método imaginativo para aislar capas grafíticas de un sólo atómo de espesor. El grafito, el material de las minas de los lápiceros, está formado por capas de átomos de carbono dispuestas como en un panal de abeja. En este sentido, el grafeno es en realidad una sola de estas capas que el profesor Novoselov obtuvó manchando una tira de celo con el grafito depositado, pintando con un lápiz en un papel y usando después ese celo como un sello sobre una superficie limpia. Postuló que se podrían encontrar pedazos de grafeno aislados y accesibles a los modernos microscopios atómicos, una intuición que resultó cierta y que ha revolucionado la física del grafeno. Esto ha convertido al profesor Nososelov en uno de los más importantes investigadores sobre la física del grafeno y sus derivados. Por ello ha recibido, entre otros, el Premio Nicholas Kurti, el Europhysics Prize y el Premio al Joven Científico de la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP).

Kostya Novoselov fabricó por primera vez grafeno en el laboratorio en 2004, en la Universidad de Manchester, y en julio de 2008, la revista del MIT, Technology Review, publicaba que los científicos acababan de concluir que se trataba del material más resistente conocido.

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En marzo de 2007 el profesor Andre Geim y sus colaboradores de la University of Manchester presentaron un transistor hecho con grafeno. El transistor, era más de cuatro veces más pequeño que el más pequeño confeccionado en silicio, además de más eficiente. Para su confección se utilizó una lámina de grafeno de una décima de nanometro de espesor, es decir, el El transistor monoatómico estaba espesor de un sólo átomo. A diferencia confeccionado enteramente en una de otros transistores de ese tamaño, éste lámina de grafeno. Los elementos no requería temperaturas criogénicas o centrales son puntos cuánticos que permiten a los electrones fluir de uno complejos sistemas de producción. a uno. Los puntos cuánticos están El grafeno conduce la electricidad mejor conectados a una región más ancha que muchos materiales metálicos, que funciona como la barrera de los porque los electrones pueden viajar en transistores de efecto túnel. Foto: línea recta entre los átomos sin University of Manchester. dispersarse. Esto podría significar que unos componentes electrónicos basados en este material serían más eficientes y consumirían menos electricidad. Un hipotético chip confeccionado con este tipo de transistores sería más rápido y permitiría crear computadoras más veloces. El primer transistor de grafeno fue presentado en 2004, pero no funcionaba muy bien al tener pérdidas de corriente y no poder pasar a un estado bajo convenientemente. Esto se debía precisamente a que los electrones se movían demasiado bien entre los átomos. A lo largo de los años, los transistores de silicio han ido reduciendo su tamaño hasta los 45 nanómetros (nm), tecnología de fabricación en la que se basa actualmente Intel y AMD, ésta última para los chipsets gráficos. Esto ha permitido que la Ley de Moore se haya cumplido hasta el momento y que, cada 2 años, el número de transistores en un circuito integrado se haya podido duplicar. De hecho, si se consulta el roadmap de Intel, ya existen previsiones para los 32 nanómetros a corto plazo, e incluso para los 10 nanómetros. Sin embargo, la utilización de transistores de silicio tiene el límite máximo en esta cantidad, 10 (nm), tamaño a partir del cual el material deja de comportarse de forma estable. Los nuevos transistores de grafeno trabajarán a temperatura ambiente, condición imprescindible para poder formar parte de los dispositivos electrónicos modernos. Ahora es necesario descubrir un método práctico de fabricación, antes de que el desarrollo pueda utilizarse para aplicaciones comerciales. Ahora bien, la tecnología podrá aplicarse a transistores ultra rápidos, dispositivos micromecánicos y sensores de tamaño microscópico. Actualmente el proceso de fabricación de transistores incluye cierto elemento de suerte, lo que provoca que la mitad de los intentos realizados terminen en procesos defectuosos. No obstante, Novoselov destaca que pronto serán capaces de descubrir una metodología mucho más eficaz. Según lo indicado, parece que los chipsets fabricados a partir de grafeno será de vital importancia durante los próximos años para la industria tecnológica. Además del grafito el congreso también contará con toda una serie de conferencias sobre los óxidos superconductores y magnéticos, así como la QUIMICA GENERAL

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plasmónica. Es una ciencia que investiga las reacciones de la luz sobre una superficie metálica a través de sus plasmones que también son los encargados de aportar el color a los materiales.

Referencias

Links y Artículos: ○ http://www.videosmatic.com/aplicaciones-grafeno/ ○ http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/7681379/Elgrafeno_.html ○ http://es.wikipedia.org/wiki/Grafeno#Aplicaci.C3.B3n_en_electr.C3.B3 nica ○ http://esmok.blogspot.com/2010/10/el-grafeno.html ○ http://www.scribd.com/doc/26825378/Composites-de-Grafeno ○ http://www.technologyreview.com/es/read_article.aspx?id=666 ○ http://www.docin.com/p-43622872.html ○ http://www.siliconnews.es/es/news/2010/10/09/que-es-grafeno-yporque-es-tan-importante-para-industria-ti○ Propiedades y aplicaciones del grafeno Claramaría Rodríguez González, Oxana Vasilievna Kharissova Facultad de Ciencias FísicoMatemáticas, UANL ○ Graphene: the new two-dimensional nanomaterial. Rao CN, Sood AK, Subrahmanyam KS, Govindaraj A.

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