Dos proyectos estudian el potencial de este nanomaterial

Los coordinadores del Graphene Flagship, la mayor iniciativa de I+D en la historia de la Unión Europea, ha publicado un informe donde resumen el estado actual y las proyecciones para los próximos 10 años de la ciencia y tecnología asociadas al grafeno. Se trata de un campo en rápida evolución y con múltiples aplicaciones, aunque de momento hay que perfeccionar sus métodos de producción a gran escala. Investigadores de los institutos ICFO e ICN2 participan en el estudio.

El proyecto Graphene Flagship representa la iniciativa de investigación y desarrollo más importante y mejor dotada de la historia de la Unión Europea. Este proyecto busca, con la complicidad del mundo de la investigación y el de la empresa, trasladar el grafeno de los laboratorios a la sociedad, y a su vez, ser un generador potencial de empleo. El documento publicado por sus coordinadores resume el conocimiento actual desarrollado alrededor de este prometedor material y proyecta una hoja de ruta con los objetivos potencialmente asequibles durante los próximos 10 años. El informe define la posición de destacados científicos europeos y representantes de la industria, como el vicepresidente de Airbus, junto a la de investigadores de otros continentes.

Andrea C. Ferrari, fundador y director del Centro de Grafeno de Cambridge y presidente del Consejo Ejecutivo del Graphene Flagship, coordina este documento. También tienen un papel destacado Frank Koppens, group leader del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) y colíder europeo de Optoelectrónica del Flaghip; Stephan Roche, investigador ICREA y group leader del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) y colíder europeo de Espintrónica del Flaghip; y Adrian Bachtold, otro group leader del ICFO.

Los expertos aportan su conocimiento en aspectos como la espintrónica, que estudia el uso del espin de los electrones para desarrollar nuevos dispositivos de almacenamiento y tratamiento de información sin gastos energéticos, o la fotónica, que aborda aplicaciones ópticas relacionadas con el grafeno, como sensores electrónicos, fotodetectores o gafas de visión nocturna.

El documento enumera los objetivos científicos y técnicos aplicables a los materiales relacionados con el grafeno, que incluyen cristales de dos dimensiones o compuestos híbridos. La identificación de nuevos materiales compuestos por una sola capa de átomos o su producción a gran escala sigue siendo motivo de una gran actividad entre los científicos del campo y la industria.

El artículo detalla un amplio portfolio de nuevos dispositivos y tecnologías que serán posibles gracias a los materiales generados en base al grafeno, y analiza su integración en tecnologías actuales o nuevas aplicaciones disruptivas. Estas innovaciones abarcan casi todos los ámbitos de nuestras vidas, alcanzando las tecnologías de la información y la comunicación, la producción y almacenamiento de energía, el diseño de sensores, las aplicaciones médicas o la producción de vehículos de transporte más económicos.

En un solo átomo de grosor, el grafeno reúne propiedades únicas que podrían revolucionar diferentes campos científicos. Esta afirmación deja de ser retórica cuando se observa la producción científica (40.000 artículos en los últimos 3 años) y el número de patentes (14.000 desde 2006) desarrolladas en base a este material.

El informe concluye que el grafeno protagoniza un campo en rápida evolución, condicionado, de momento, por la capacidad de perfeccionar los métodos de producción a gran escala. La velocidad con la que se pueda desarrollar todo el espectro de aplicaciones avanzadas dependerá de la velocidad con la que avance la ciencia de materiales para controlarlo.

Así, las aplicaciones que requieran un grafeno menos puro, como las células solares flexibles o las tintas conductoras, son las primeras en llegar al mercado. En cualquier caso, el consenso es amplio respecto a que los avances de los últimos años son suficientes para esperar nuevas aplicaciones relacionadas con el grafeno, que irán más allá de la simple mejora del rendimiento de otros materiales industriales.

Referencia:

Andrea C. Ferrari, et. al. Review Article: Science and technology roadmap for graphene, related two-dimensional crystals, and hybrid systems. Nanoscale, 2014, Accepted Manuscript. DOI: 10.1039/C4NR01600A.

El innovador material para desarrollar recubrimientos avanzados

Las láminas de grafeno constituyen un nanomaterial en auge, perfilándose como uno de los materiales con más posibilidades de futuro desde que en 2010 el premio Nobel de Física fuera a parar a los rusos Andre Geim y Konstantin Novoselov, por sus trabajos pioneros en el desarrollo del grafeno. Este novedoso material derivado del grafito, con estructura laminar bidimensional y con el espesor de un átomo de carbono, presenta unas propiedades únicas de flexibilidad, conductividad y resistencia. Puede utilizarse bien como refuerzo —en el desarrollo de tintas conductoras para electrónica impresa— bien como elemento antiestático y otro tipo de aplicaciones de barrera en pinturas y barnices. Por otro lado, siendo altamente inerte, puede actuar como una barrera contra la corrosión, frente al agua y la difusión de oxígeno, mejorar las propiedades mecánicas de los recubrimientos y conseguir nuevas funcionalidades (ópticas, eléctricas, magnéticas, etc). Sin embargo, el grafeno forma aglomerados de varias micras, donde las fuertes interacciones entre láminas impiden su dispersión, reduciendo drásticamente su efectividad y modificando sus propiedades respecto al estado disperso, de ahí que su uso pueda verse restringido por límites de exfoliación y dispersión del sistema resina/nanopartícula o, en este caso, resina/grafeno, representando la principal limitación en la preparación exitosa de nanocompuestos.

Por ello, el Instituto Tecnológico de Óptica, Color e Imagen (AIDO) trabaja en el proyecto Grafecoat, cuyo objetivo es desarrollar metodologías de trabajo encaminadas a mejorar la dispersión de nanopartículas de grafeno en matrices poliméricas y sus posibles funcionalidades, evitando la formación de agregados y aumentando la compatibilidad entre las diferentes fases del nanocompuesto. Los resultados del proyecto sentarán las bases para el desarrollo de diversos recubrimientos funcionales con propiedades mejoradas para diferentes aplicaciones industriales.

Los actuales avances del proyecto Grafecoat permiten concretar las técnicas más adecuadas para dispersión y tratamiento del grafeno y derivados. En estos momentos se han logrado las primeras dispersiones, cuya estabilidad se irá optimizando en los próximos meses. Además, se han realizado avances en la reducción del óxido de grafeno mediante tecnología láser, una técnica que al ser más eficiente se está posicionando frente a otras que emplean en la actualidad.