El Grafano 76u

“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y EL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN”

FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL MATERIA LABORATORIO – CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES TEMA EL GRAFANO DOCENTE ING. SOFIA CRISTINA TERRONES ABANTO INTEGRANTES     

RODRIGUEZ GUTIERREZ JOSEPH IPARRAGUIRRE MEDINA DARWIN PEREZ MILLA MARCIO ANTONIO POLO RUIZ ÓSCAR RUBÉN RUIZ RUIZ EDWIN MIGUEL

FECHA 30 DE OCTUBRE DE 2015 SEDE TRUJILLO

TRUJILLO - 2015

I.

INTRODUCCIÓN: Hace unas pocas décadas era en suma muy fácil establecer una

separación bastante precisa entre los límites de la química con la física y otras ciencias, ese límite se ha ido haciendo cada vez menos definido con el curso del tiempo. En el último decenio, el auge de las nanotecnologías aplicadas a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales se ha visto acelerado como en ningún otro tiempo. El especialista en materiales ya no puede atender exclusivamente el aspecto químico o el físico de un determinado material y despreocuparse del otro; lo usual es que para lograr las propiedades óptimas deseadas le sea necesario combinar los conocimientos de ambas ciencias. Se podría decir que tal combinación siempre fue más o menos intensa, pero indudablemente ahora lo es mucho más. La química del carbono, sus enlaces y propiedades químicofísicas, que por mucho tiempo fueron de la atención exclusiva de los químicos, también han pasado a ser parte importante en los estudios de los físicos e ingenieros de materiales principalmente. Con ello abrimos el campo de investigación sobre el grafeno y en particular de una de sus principales derivados llamado grafano.

EL GRAFANO 1. CONTEXTO Y DESCUBRIMIENTO: El 2010 los investigadores Andre Geim y Kostya Novoselov recibieron el Premio Nobel de Física por el descubrimiento de un extraordinario material: “el grafeno”, el mismo obtenido por primera vez en 2004, A este descubrimiento se añadió en enero de 2011 el del grafano, un material mecánicamente semejante al anterior pero con propiedades aislantes extraordinarias. La primera aplicación de los nuevos materiales ha sido un circuito integrado diseñado por IBM en 2011, un importante ejemplo dentro del campo de sus inagotables usos futuros, que irán desde las primeras células orgánicas fotovoltaicas hasta las previsibles aplicaciones a la arquitectura, aprovechando al máximo las propiedades que esta estructura nos brinda. 2. DEFINICIÓN: El grafeno es una alotropía del carbono, es decir, un nuevo material producto de un nuevo ordenamiento atómico formado, obviamente con variantes respecto al material que origina al segundo. La diferencia está en la forma que se ordenan los átomos a nivel microscópico. El grafeno consiste en un teselado hexagonal plano formado de átomos

de

carbono

y

enlaces

covalentes. Bien pues ahora definimos al grafano como un derivado especial del grafeno que tiene una estructura de monocapa como la del grafeno, pero que éste tiene átomos de hidrógeno unidos a los de carbono en ambos lados, y con la facultad de eliminar dichos átomos este gana todavía muchos más usos.

La imagen mostrada (2.3.) nos muestra que la estructura del grafito es un conjunto de láminas de grafeno las cuales están ordenados en una forma apilada, característica que le da sutiles propiedades y con ello interesantes usos.

Fig. 2.3. Así el grafano se ha convertido en la primera variación del grafeno con propiedades similares. 3. OBTENCIÓN DEL GRAFENO: En términos precisos, la obtención del grafeno se presenta en dos métodos o formas:  En lámina: Se obtiene de alta calidad y por ende su campo es la electrónica, informática y aeronáutica. La desventaja de este método es el elevado costo para su realización.  En polvo: Para aquellos ámbitos que no requieren de un material de alta calidad. Este es más barato y permite una mayor producción del producto, pero renunciando a parte de sus propiedades. Así, con la adición de un átomo de hidrógeno junto a cada uno de los átomos de carbono en el grafeno logra producir el nuevo material “grafano” sin alterar o dañar la construcción distintiva de un átomo de espesor. 4. CARACTERÍSTICAS: Por la estructura que presenta y por el antecesor que tiene, citamos las características de este novedoso material.

ALTA RESISTENCIA MECÁNICA - EL MÁS RESISTENTE DEL MUNDO ALTA ELASTICIDAD Y DUREZA FLEXIBILIDAD - AJUSTARSE A LAS CIRCUNSTANCIAS MECÁNICAS TRANSPARENCIA ÓPTICA NULA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA LIGERO - FIBRA DE CARBONO MENOR EFECTO JOULE Sin duda un innovador material con muchas alternativas de uso para el desarrollo de la tecnología que jamás se ha podido lograr, se ha mencionado en resumen las principales características, a continuación se detallarán algunos de ellos. A. ELEVADA DENSIDAD: Esta característica lo tiene el grafeno, y el grafano por ser su primer derivado obviamente también lo tiene; es tan denso que ni siquiera los átomos más pequeños conocidos, los de Helio, son capaces de atravesarlo. Del mismo modo sí que permite el paso del agua, que se evapora a la misma velocidad que si estuviera en un recipiente abierto.

B. SOPORTA

LA

RADIACIÓN

IONIZANTE: Ofrece una gran resistencia a ser modificado por este tipo de radiación, por lo que se puede aplicar en ámbitos como el sanitario, en el que se utilizan aparatos que emiten radiaciones ionizantes, como es el caso de los sistemas de radioterapia, por ejemplo. En la actualidad, los materiales que se encuentran alrededor de los aparatos que emiten radiaciones ionizantes se desgastan muy pronto, lo que supone un coste muy elevado que se podría ahorrar con su construcción con grafeno (Grafano). C. MOTIVO SANITARIO: Según los estudios, la relación de crecimiento de bacterias en materiales como este es su totalidad nulo, lo que abre paso a nuevos ámbitos de aplicación, en este caso las aplicaciones médicas. D. REACCIONES ACEPTABLES: A pesar de ser un derivado, se ha conseguido demostrar que puede reaccionar con otros elementos, pero con intervención de un agente externo que se encuentra a las posibilidades presentes, lo que nos da la posibilidad de modificar ciertas propiedades más útiles. E. AISLANTE: En esto se diferencia con su antecesor “el grafeno”, mientras que éste último es un excelente conductor eléctrico; el grafano se comporta como un aislante y ello debido a los hidrógenos que están enlazados a los átomos de carbono por ambas caras.

F.

DUREZA:

Sin

duda

la

característica que más la distingue; se estima que es unas 200 veces la del acero, en rango cercano o mayor a la del diamante, lo que lo vuelve en el material más duro del mundo.

5. CAMPOS DE APLICACIÓN: A. ACTUALIDAD: Si este es un material muy interesante con amplia gama de aplicaciones a la vida, nos parecería extraño que en la actualidad tenga pocas aplicaciones, muchas de ellas se mencionarán en (B). Pues la razón se encontraría en lo nuevo que es este material y el gran costo que implicaría dar el máximo a éste aun con carísimas técnicas de producción a gran escala. B. FUTURO: Citamos en los siguientes campos:

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 supe condensadores destinados a usos en el ámbito energético. El grafano interviene en funcionar como aislante térmico para mejorar lograr una optimización en el uso energético. Dispositivos con este fin podrían cambiar el concepto de energía renovable, trayendo positivos efectos sobre el ambiente en general.

EXPLORACIÓN - CIENCIA: Se está 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 lograse ello, los científicos podrían buscar el Bosón de Higgs, una 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. AVIÓNICA: Las nuevas potencias buscan optimizar el funcionamiento y disminuir el efecto ambiental negativo que pueden generar su flota aérea en general, es así que mediante diminutos aditivos añadidos al combustible y revolucionando la era de motores de las aeronaves se espera conseguir la mayor eficiencia y un mínimo de contaminación ambiental.

ELECTRÓNICA: Sin duda el campo en el que más notorio será la aplicación será la electrónica, Las propiedades que presenta el grafeno han hecho que este material se haya postulado como un complemento e incluso como un sustituto del silicio en el ámbito de la electrónica y los circuitos integrados, así como la base sobre la que construir los ansiados superconductores que nos permitan evolucionar nuestras líneas de alta tensión para transportar energía de manera eficiente a nuestros hogares.

INFORMÁTICA: Desde los microprocesadores de grafeno-grafano para tener ordenadores mucho más rápidos, con chips de hasta 1000 GHz, dejando de lado por completo al silicio

BLINDAJE: Debido a la enorme resistencia que tiene una lámina tan delgada como una hoja de papel, este es sin duda el m material más adecuado para tal desarrollo.

6. PRODUCCIÓN ACTUAL: Graphenea Nanomaterials es una empresa situada en Donosti, esta comenzó en 2009 en el centro de Nanotecnología del Pais Vasco y es una de las principales exportadoras de grafeno de alta calidad y promete continuar siéndolo ya que se va actualizando ante esta revolución material. Dicha empresa tiene dos grandes competidoras, una coreana y otra estadounidense, aunque otras dos en EEUU y otra en Japón pretenden repartirse el mercado creciente y actual. Su alta calidad comporta un precio, pero intuyen una bajada de precios por debajo del Silicio en cuanto la producción sea mayor. Otra empresa española, esta con la planta en Ciudad Real, pero la sede en Alicante, llamada Graphenano pretende recoger aquellos clientes que no tengan el nivel de exigencia de la empresa Vasca y atrapar a los clientes que ellos dejan, su planteamiento empresarial apuesta por el grafeno comercializado para productos reales y no tanto para la investigación. Su planta tiene las características adecuadas para la producción del grafeno a niveles industriales y en tiempos mucho más cortos. La producción del grafeno en polvo, de uso estrictamente industrial, es desarrollada por otra empresa Avanzare situada en la rioja y pionera desde 2012 en la producción de este tipo de grafeno, adelantando a la norteamericana XG Sciences, su modelo de negocio, dicen ser más seguro, sólo compite con otras 40 empresas más, producen para grandes cantidades, nada de laboratorios investigadores. En esta línea de empresa, pero con una producción menor está la empresa Granph Nanotech que también produce para laboratorios. 7. CONCLUSIÓNES:

 Pese a que el grafeno aún se encuentra en fase de estudio y no se conocen todas las oportunidades que ofrece, se prevé que las posibilidades de su utilización afectarán a prácticamente

todos los campos conocidos sustituyendo a gran parte de los materiales empleados hoy en día.  La ciencia de los materiales avanza a un paso tan aligerado con el descubrimiento de nuevos materiales innovadores y muy útiles en el futuro.  Con el estudio del grafano se concluye que cualquier variación, simple o compleja sobre una estructura fija (grafeno), se obtiene variación en cuanto a sus propiedades. 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:  http://www.amazings.com/ciencia/noticias/160309a.html  http://www.mundodigital.net/grafeno-y-grafano-materiales-del-futuro/  http://www.conocimientos.com.ve/home/producen-grafano-un-derivadodel-grafeno  http://www.cienciakanija.com/2010/06/15/el-grafano-abre-un-nuevopotencial/  http://www.ceintec.com/articulos/grafano-y-fluorografeno:-los-primeroshijos-del-grafeno-780.html