• Author / Uploaded
• Diego A. Monroy Márquez

Citation preview

Historia El grafeno es un alótropo del carbono, cuya estructura y enlace químico fueron descritos en la década de los 40, aunque recibió su nombre hasta el año de 1994 y fue sintetizado por primera vez en 2004. Salto a la fama en 2010 cuando sus descubridores, los investigadores de origen ruso Andre Geim y Konstantin Novoselov recibieron el Premio Nobel de Física.

Propiedades químicas El grafeno se le ha definido como un hidrocarburo aromático policíclico infinitamente alternante de anillos de solo seis átomos de carbono. La mólecula más grande de este tipo, contiene 222 átomos de carbono o 37 unidades de benceno separadas. Otras formas de grafeno, como el grafeno crecido en varios metales, también pueden llegar a ser independientes si, por ejemplo, se suspenden o transfieren a dióxido de Silicio (SiO 2). Un nuevo ejemplo de grafeno aislado es el grafeno en carburo de silicio (SiC) después de su pasivación con hidrógeno. La siguiente imagen muestra un ejemplo clásico de las estructuras de resonancia en el benceno, las cuales forman los anillos de átomos de carbono por los cuales está formado el grafeno:

Estructura atómica: Se pudo comprobar por medio de microscopía de transmisión electrónica que la estructura del grafeno consiste en un teselado hexagonal plano, similar a un panal de abeja. Éste está formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se forman a partir de la superposición de los híbridos sp 2 de los carbonos enlazados. Las celdas pentagonales o heptagonales en la estructura del mismo corresponden a un defecto en ésta. Una sola capa de carbono en la estructura grafítica puede ser considerada como el último miembro de las series naftaleno, antraceno, coroneno, etc.

Por lo tanto, el grafeno puede ser utilizado para designar las capas individuales de carbono en compuestos de intercalación de grafito, como lo establece el compendio tecnológico de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC): Anteriormente, se han utilizado para el término grafeno descripciones como capas de grafito, capas de carbono u hojas de carbono. [...] No es correcto utilizar, para una sola capa, un término que incluya el término grafito, que implica una estructura tridimensional. El término grafeno debe ser usado sólo cuando se trata de las reacciones, las relaciones estructurales u otras propiedades de capas individuales. Las láminas de grafeno en forma sólida, cuya densidad es mayor de 1 g/cm 3 usualmente muestran evidencia de difracción de 0.34 nm de grafito. Un estudio de la Universidad de Manchester, muestra que el grafito puede auto-reparar agujeros en hojas de grafito, cuando se expone ante moléculas conteniendo carbono, como hidrocarburos. Cuando es bombardeado con átomos de carbono puro, los agujeros en las hojas de grafito son llenados completamente, con átomos de carbono adhiriéndose en las separaciones y alineándose perfectamente en formas hexagonales.

Propiedades mecánicas Para el año 2009, el grafeno parecía ser uno de los materiales más resistente. Las mediciones han mostrado que el mismo tiene una resistencia a la rotura 200 veces mayor que la del acero, con un módulo de tensión de 1TPa (150,000,000 psi). Sin embargo, el proceso de separación a partir de grafito cuando ocurre naturalmente, requerirá mayor desarrollo tecnológico antes para que sea económicamente fiable para ser utilizado en procesos industriales. Aparte de ser bastante resistente, el grafeno es bastante ligero, pesando cerca de 0.77 miligramos por metro cuadrado. El papel de grafeno ha sido recientemente desarrollado por el departamento de búsqueda de la Universidad de Tecnología de Sydney. Éste puede ser procesado, reformado y reconfigurado de su estado material original. Investigadores han molido satisfactoriamente grafito crudo al purificarlo y filtrarlo con químicos para cambiarles de forma y su configuración en nanoestructuras que procesadas en hojas tan delgadas como el papel, de acuerdo con la declaración de la universidad. Éstas son más ligeras, más resistentes y más flexibles que el acero. Además de ser un producto

reciclable y sosteniblemente manufacturable que es amigable con el medio ambiente y rentable en su uso. Usando un microscopio de fuerza atómica, la constante de resorte de hojas suspendidas de grafeno puede ser calculada, la cual varía de 1 a 5 N/m, teniendo un modulo de Young de 0.5 TPa. Estos valores hacen al grafeno bastante resistente y rígido.

Aplicaciones    

    

Circuitos integrados Dispositivos electrocrómicos Electrodos conductores transparentes Sala de destilación a temperatura de etanol para combustible y consumo humano Desalineación Celdas solares Detección de molécula única de gas Nanocinta de grafeno Puntos cuánticos de grafeno

  

    

Transistores de grafeno Moduladores ópticos de grafeno Material de referencia para la caracterización de materiales transparentes y electroconductivos Tratamiento de materiales termales Ultracapacitores Ingeniería piezoeléctrica Biodispositivos de grafeno Antibacterial

 Conclusiones  El grafeno es un material relativamente nuevo, aunque su estudio data de ya varias décadas.  El grafeno es un material que necesita de investigación y desarrollo para poder llevarlo al mercado y ser producido en masa.  Está comprobado que el grafeno es más flexible y resistente que el acero.  La estructura del grafeno presenta es hexagonal, cuando ésta es pentagonal o heptagonal, se debe a que hay un defecto en la misma.

Bibliografía    

(22/12/10) ¿Qué es el grafeno? (En red). Disponible en: http://grafeno.com/que-es-el-grafeno/ (06/11/12) Grafeno. (En red). Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Grafeno (07/11/12) Graphene. (En red). Disponible en: http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene (26/10/11) El grafeno y el siliceno pugnan por ser los materiales del futuro. (En red). Disponible en: http://suite101.net/article/el-grafeno-yel-siliceno-pugnan-por-ser-los-materiales-del-futuro-a71019