Sin duda el grafeno será uno de los materiales de este siglo dado el fantástico cóctel de propiedades eléctricas, ópticas, mecánicas y térmicas que ofrece, y que según apuntan algunos investigadores, podría llegar a ser un digno sucesor del silicio en la construcción de circuitos integrados. Pero según las conclusiones extraídas de un estudio realizado por el ICFO, parece que el grafeno también podría convertir la luz en electricidad.
El grafeno o alotropía de carbono, es un teselado hexagonal plano compuesto por átomos de carbono y enlaces covalentes, caracterizado por ser el primer material cristalino bidimensional de un solo átomo de grosor. Las cualidades de este singular material de átomos empaquetados en una estructura de panal de abeja están maravillando a la comunidad internacional, acaparando tanto investigaciones en laboratorios de medio mundo como titulares sobre sus últimas aplicaciones en publicaciones especializadas.
Un material más fino, más denso y más fuerte
Estas son las principales cualidades por las que ha suscitado tanto interés el grafeno. A pesar de su apariencia de película transparente, sorprende por su extremada flexibilidad –similar a la goma– y su resistencia comparable a la del acero. De hecho, su sorprendente grosor de tan solo un solo átomo lo encumbra como el material más fino del mundo. Pero si a su grosor le sumamos su resistencia –al menos 200 veces más indemne a la rotura que el acero– y su extraordinaria densidad, obtenemos tres cualidades que junto con su condición de avanzado conductor de la electricidad y del calor, tenemos el sustituto idóneo del silicio y del cobre, respectivamente. Por si fuera poco, además, mejora la resistencia a las altas temperaturas del diamante, lo que permite prescindir de los aceleradores de partículas kilométricos a la hora de realizar ciertos experimentos.
Aplicaciones tecnológicas recientes
Dada la expectación generada alrededor de este material, los avances tecnológicos y su diversificada oferta de aplicaciones se están intensificando en muy poco tiempo. Ya hablamos en un post anterior sobre el uso de este material para implantes en tejidos humanos. Pero por si no eran pocas las aplicaciones del grafeno, una investigación liderada por el Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona –ICFO– han descubierto una más junto con la colaboración de sus compañeros del MIT, el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros y la empresa Graphenea.
Según explican en un artículo publicado en la revisa Nature Physics, los responsables del estudio aseguran que este material es capaz de convertir un solo fotón absorbido en múltiples electrones calientes, demostrando la relación directamente proporcional entre la energía del fotón y el número de electrones creados. Mientras la mayoría de los materiales generan un solo electrón por cada fotón absorbido, en el caso del grafeno, cuanto mayor sea la energía del fotón, mayor será el número de electrones creados.
Dado que los electrones inducidos por la luz pueden conducir corriente, su capacidad de multiplicación es un ingrediente indispensable para generar luz con una pérdida energética considerablemente baja. Además, la combinación de absorción de banda ancha y la multiplicación del portador en caliente «permiten al grafeno convertir de forma eficiente la energía luminosa del espectro solar al completo en electricidad«, concluyen los responsables del estudio.
Según argumentan los científicos, «era conocido que el grafeno era capaz de absorber un espectro muy grande de colores claros. Sin embargo, ahora sabemos que una vez que el material ha absorbido la luz, la eficiencia de conversión de energía es muy alta». Ahora, el siguiente reto de los científicos será encontrar formas de extraer la corriente eléctrica y establecer medidas orientadas a mejorar la absorción del grafeno. De conseguirlo, «podremos diseñar dispositivos de grafeno que detecten luz de manera más eficiente», aseguran, dando lugar a células solares también más eficientes.
En la práctica, gracias a sus propiedades eléctricas, ópticas, mecánicas y térmicas, permitirá reducir costes, mantener a raya el calor y aumentar la eficiencia energética de los dispositivos electrónicos. También podría mejorar el funcionamiento de los distintos dispositivos inalámbricos con soporte para la transferencia de clips de vídeo –entre otras aplicaciones– en cuestión de segundos y en conexiones de banda ancha. El aumento de la vida útil de las baterías y la canalización del procesamiento interno de los ordenadores con procesadores de calibre cuántico, es otra de las posibilidades que ofrece este material. Pero quizá lo más significativo de sus propiedades sea su compatibilidad en campos como la medicina que se enfrenta al apremiante reto de la miniaturización, con la futura generación de nanosensores y la biodetección.
La molibdenita, un posible competidor
Pero no todo el monte es orégano, ya que uno de los principales inconvenientes a los que se enfrenta el grafeno es la producción a gran escala. En cambio, parece que ya hay alternativas que intentarán hacerle sombra, como la molibdenita. Este material está siendo estudiado en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausanne con resultados satisfactorios hasta la fecha. Entre sus propiedades está la poder reproducir componentes electrónicos a nanoescala, además de resolver problemas como la oxidación de las piezas, la pérdida de energía y la inestabilidad de rendimiento en los dispositivos.
Mientras tanto, seguiremos esperando las conclusiones de los estudios que están ya en marcha, para seguir sorprendiéndonos con las fantásticas prestaciones que un material como el grafeno puede ofrecer en esta carrera de fondo por el desarrollo de dispositivos cada vez más potentes y eficientes, con un menor consumo de energía.
Imágenes | vía SiliconWeek
