grafeno

El grafito es una sustancia compuesta de carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón hexagonal regular, similar al grafito. Es un material casi transparente. Una lámina de un átomo de espesor es unas 200 veces más resistente que el acero más fuerte de la corriente, su densidad es más o menos la misma que la de la fibra de carbono, y unas cinco veces más ligera que la del aluminio. Con una densidad de 0,54 g/cm^3

Es un carbono alotrópico, un teselado hexagonal plano formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbones enlazados.

Los científicos Andrey Gueim y Konstantin Novosylov recibieron el Premio Nobel de Física en 2010 por sus revolucionarios descubrimientos sobre este material.12

Los ángulos de unión de 120° de la estructura de grafito hexagonal se explican mejor por la hibridación sp2. Dado que cada uno de los carbonos contiene cuatro electrones de valencia en estado híbrido, tres de estos electrones están alojados en los híbridos sp2, formando el esqueleto de los enlaces covalentes simples de la estructura.

El electrón restante está alojado en una órbita atómica tipo p perpendicular al plano de los híbridos. La superposición lateral de estos orbitales da lugar a la formación de orbitales del tipo π. Algunas de estas combinaciones propician una gigantesca órbita molecular deslocalizada entre todos los átomos de carbono que constituyen la capa de grafito.

El nombre proviene del intercambio -en la palabra grafito- de sufijos: «ito» para «eno»: característica del carbono con dobles enlaces. De hecho, la estructura del grafito puede considerarse una pila de grandes cantidades de láminas de grafito superpuestas.3 Los enlaces entre las diferentes capas de grafito apiladas se deben a las fuerzas de Van der Waals y a las interacciones de los orbitales π de los átomos de carbono.

Estructura cristalina de grafito. Se ilustran las interacciones de las distintas capas de anillos aromáticos condensados.

En el grafito, la longitud de los enlaces carbono-carbono es de aproximadamente 142 p.m. (picómetros). Es el componente estructural básico de todos los demás elementos de grafito, incluido el propio grafito, los nanotubos de carbono y los fullerenos.

Esta estructura también puede considerarse una molécula aromática extremadamente grande en ambas direcciones espaciales. Es decir, sería el caso límite de una familia de moléculas de hidrocarburos aromáticos policíclicos planos llamados grafenos.

El grafeno se utiliza como escudo antibalas, también se utiliza para los coches más seguros e irrompibles del mundo gracias a sus componentes de alta resistencia.

Grafeno definicion

El grafito es una de las formas alotrópicas del carbono. Es un material bidimensional, donde cada átomo de carbono se une a otros tres átomos de carbono mediante eslabones sp2 para formar una lámina plana con una estructura similar a la de un panal, lo que le confiere una alta conductividad y una gran resistencia mecánica en el plano. Se encuentra en forma estable suspendida en un líquido, depositada sobre un sustrato no cristalino y en forma de membranas.

El grafito se considera la estructura básica de otros materiales de grafito de diferentes dimensiones, ya que puede ser envuelto en fullerenos (0D), enrollado en nanotubos (1D) o embalado una hoja encima de otra para formar grafito (3D). Se entiende que un material 0D es aquel que no puede crecer en ninguna dimensión del espacio, como es el caso de los fullerenos, un material 1D es aquel que puede crecer en una dimensión del espacio, por ejemplo nanotubos de carbono, un material 2D es aquel que puede crecer a lo largo de dos dimensiones del espacio como es el caso del grafito, y un material 3D será aquel que puede crecer en las tres dimensiones del espacio.

Grafeno propiedades

El grafito es una sustancia con algunas características muy interesantes, otras sorprendentes. Estas propiedades, junto con la abundancia de carbono en la naturaleza, han convertido al grafito en el adjetivo «material del futuro». Algunas de las características más destacadas del grafito son:

– Alta conductividad térmica.
– Alta conductividad eléctrica.
– Alta elasticidad (deformable).
– Alta dureza (resistencia al rayado).
– Alta resistencia. El grafito es aproximadamente 200 veces más resistente que el acero, similar a la resistencia del diamante, pero es mucho más ligero.
– Es más flexible que la fibra de carbono, pero igual de ligero.
– La radiación ionizante no la afecta.
– Tiene un efecto Joule bajo (calentamiento al conducir electrones).
– Para la misma tarea, el grafito consume menos electricidad que el silicio.
– Es capaz de generar electricidad por exposición a la luz solar.
– El grafito es un material prácticamente transparente.
– Es muy denso y no permite el paso del helio en forma gaseosa, sin embargo, sí permite el paso del agua, la cual, encerrada en un contenedor de grafito, muestra una tasa de evaporación similar a la mostrada en un contenedor abierto.

Otras características aún en discusión son la capacidad de autoenfriamiento descrita por los investigadores de la Universidad de Illinois o su capacidad de auto-reparación. Si una capa de grafito pierde algunos átomos de carbono por cualquier razón, los átomos cercanos al vacío se acercan y cierran el vacío, esta capacidad de auto-reparación podría aumentar la longevidad de los materiales de grafito, aunque en una medida limitada.

Grafeno aplicaciones 

Las propiedades del grafito lo convierten en un material ideal para múltiples aplicaciones en tecnología, especialmente en electrónica en la fabricación de circuitos integrados. Se supone que las características del grafito pueden hacer posible la construcción de procesadores mucho más rápidos que los actuales.
Esta velocidad ya se ha puesto en práctica en la fabricación de transistores de efecto de campo construidos con grafito. Estos transistores también aprovechan la alta movilidad de las portadoras de bajo ruido que presenta el grafeno.

Entre las aplicaciones potenciales del grafito se puede citar como las más interesantes:

– Destilación de etanol a temperatura ambiente para combustible y consumo humano.
– Detectores de gas ultrasensibles.
– Moduladores ópticos.
– Transistores de grafito.
– Circuitos integrados más rápidos y eficientes.
– Electrodos transparentes.
– Dispositivos electrocrómicos.
– Células solares.
– Desalinización.
– Aplicaciones antibacterianas.

El principal problema actual en la aplicación del grafito es su producción. En la actualidad, la investigación en la producción de grafito implica la exfoliación del grafito mediante la transferencia de láminas de grafito desde el grafito y por crecimiento epitaxial.

Aparte del problema de producir grafito en cantidades y a un costo que se puede suponer para su uso, hay otros argumentos para asegurar que el grafito no sustituya al silicio en los dispositivos electrónicos ni es la panacea tecnológica con la que a menudo se presenta. Por ejemplo, el grafito no tiene la resistividad (resistencia eléctrica) que tiene la silicona. Esta falta de resistencia eléctrica significa que el grafito no puede dejar de conducir la electricidad, lo que puede ser un gran inconveniente.

 
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