Grafeno

-el material más fuerte conocido-

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¿Que es el grafeno?

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El grafeno es un cristal bidimensional formado por carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal similar al grafito, pero en una hoja de un átomo de espesor. Es muy ligero, una lámina de 1 m² pesa tan sólo 0,77 mg.Es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano (como panal de abeja) formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.

El nombre proviene de intercambio –en el vocablo grafito– de sufijos: «ito» por «eno»: propio de los carbonos con enlaces dobles. En realidad, la estructura del grafito puede considerarse una pila de gran cantidad de láminas de grafeno superpuestas. Los enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas se deben a fuerzas de Van der Waals e interacciones de los orbitales π de los átomos de carbono.

Representación artística del grafeno.

Propiedades mecánicas

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1. Alto módulo de Young: (≈10.000.000 Mpa)2. Alta resistencia a fractura: (125 Gpa)3. Relación de Poisson: (ν = 0.186)

Sin embargo, a pesar de esa elevada rigidez, las láminas de grafeno tienen una gran flexibilidad, lo cual se atribuye al cambio en la curvatura dado por el alargamiento reversible de los enlaces sp2. Además, debido a la baja densidad de defectos en las películas, el comportamiento elástico del grafeno refleja las propiedades intrínsecas del enlace interatómico en toda su resistencia hasta el punto de ruptura. Por consiguiente, la respuesta del grafeno se debe considerar no lineal pues la gráfica tensión – deformación se debe curvar sobre el punto máximo que indica la tensión de ruptura.

Representación de una punta de diamante con un radio de dos nanómetros empujando sobre una sola hoja atómica del grafeno.

Hamaca hipotética de 1 m2 de superficie, podríamos mantener un peso de 4 kg sin que rompiera. Así, la hamaca pesaría menos de 1 mg, el equivalente a uno de los pelos del bigote del gato.

Propiedades electrónicas

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1. Alta movilidad de electrones ≈ 200.000 cm² / (V · s) (a temperatura ambiente)

2. Resistividad de la hoja de grafeno ≈ 10-6 Ω · cm menos que la resistividad de plata (Ag), la resistividad más baja sustancia conocida a temperatura ambiente.

3. Conductividad eléctrica alta ≈ 108 S·m-1

(resistividad eléctrica es también:

Uno de los aspectos más interesantes del grafeno es que sus excitaciones de baja energía son fermiones de Dirac, sólo que estos se mueven a una velocidad menor que la predicha por la electrodinámica cuántica (EDC), pues vF es 300 menor que la velocidad de la luz c. Por ello muchas de las propiedades inusuales de la EDC aparecen en el grafeno pero a menores velocidades.

Material Electrical Conduc-tivity (S·m-1)

Grafeno ~ 108

Plata 63.0 × 106

Cobre 59.6 × 106

Cobre recocido 58.0 × 106

Oro 45.2 × 106

Aluminio 37.8 × 106

Agua marina 4.8

Agua 0.0005 to 0.05

Queroseno 50 to 450 × 10-12

n-hexano 100 × 10-12

Aire 0.3 to 0.8 × 10-14

Propiedades ópticas

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1. El grafeno monocapa es un material casi transparente absorbe πα ≈ 2,3% de la luz blanca, 97,7% de transmisión. (donde α es la constante de estructura fina)

Propiedad autoreparadora

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Tras disparar un rayo de electrones sobre una lámina de grafeno, causando un pequeño agujero en ella, se agregaron algunos átomos de carbono al agujero y acto seguido:el grafeno comenzó a “tejer” el agujero, cerrándolo por completo.

La “calidad” de la reparación depende del tipo de carbono introducido. Si el carbono es puro, el patrón es exactamente igual al que exhibe la lámina de grafeno, pero cuando usaron un hidrocarburo, el patrón fue mucho menos uniforme.

Propiedades

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•Alta conductividad térmica y eléctrica.

•Alta elasticidad y dureza.

•Resistencia (200 veces mayor que la del acero).

•Es capaz de lograr adherencia de otras partículas.

•Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible. (Se puede enrollar)

•Menor efecto Joule; se calienta menos al conducir los electrones.

•Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.

•Genera electricidad al ser alcanzado por la luz.

https://www.youtube.com/watch?v=XDJRlBSXsow

¿cómo y dónde se puede aplicar en la construcción?

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-En componente de materiales mecánicamente súper-resistentes y ligeros.

El grafeno tiene una resistencia 200 veces superior al acero, los científicos exponen las siguientes analogías para alcanzar a comprender esto:

¿cómo y dónde se puede aplicar en la construcción?

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-Un nuevo acero inoxidable:

La propiedades conductoras e hidrófobas del material pueden ayudar a prevenir la corrosión al rechazar el agua y detener las reacciones electroquímicas que transforman el hierro en óxido férrico o herrumbre.

¿cómo y dónde se puede aplicar en la construcción?

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-Pintura para dar energía a las fachadas:

Creación de superficies formadas por finas capas flexibles, capaces de absorber luz solar y producir electricidad suficiente para competir con los paneles solares convencionales. El nuevo material está formado por varias capas de materiales, con el que podría llegar a fabricarse una pintura solar (muy eficiente) que incluso tendría la capacidad de cambiar de color.

¿cómo y dónde se puede aplicar en la construcción?

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-Un vidrio de blindaje:

mezclando en la cocción partículas de grafeno se puede conseguir la posibilidad de fabricar vidrios laminados ultrafinos y a la vez antivandálicos y antibalas para escaparates de bancos y demás comercios.

-Composites para materiales en revestimientos de fachadas y de interior:

Por su ligereza y extraordinaria flexibilidad unido a su resistencia, formará parte de acabados para fachadas ya que además se puede mezclar con elementos inorgánicos sin deteriorarse.-Y, se está estudiando si podrá ser el sustitutivo del acero corrugado para su integración con el hormigón en la ejecución de estructuras armadas.

Otras propiedades de interes

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Medicina:

Dado el efecto antibacteriano del grafeno y el hecho de que puede ser producido en grandes volúmenes, este material podría utilizarse para vendajes, envases para alimentos o para fabricar prendas de vestir y calzado sin olor.

Energia:

Una batería de un teléfono celular fabricada con las técnicas que han desarrollado en la universidad estadounidense se cargaría en 15 minutos y duraría una semana.

Aeronautica:

Los aditivos de combustible fabricados con partículas minúsculas de grafeno podrían lograr que los aviones supersónicos vuelen aún más rápido y que sus motores lleguen a contar con mejores condiciones de eficiencia y protección de la sostenibilidad ambiental.

Costes

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Su fabricación es extraordinariamente barata y cualquier laboratorio puede obtenerlo, ya que el carbono es un material ampliamente conocido.

En 2008, el grafeno producido por exfoliación era uno de los materiales más caros sobre la Tierra: una muestra de tamaño similar a la sección transversal de un cabello humano costaba más de 80M€ (alrededor de 80 millones de € cada cm2).

Desde entonces, los procedimientos de exfoliación se han ampliado a escalado industrial, y hoy día las compañías venden grafeno por toneladas.

Por tanto, en un período de tiempo de sólo un año el cm2 ha pasado de 80M€ a 80€. Incluso se ha conseguido hoy día grafeno a más bajo coste a partir de níquel, tal y como describen recientemente científicos coreanos a partir de obleas de hasta 80 cm.

Grafeno dentro de 30 años

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https://www.youtube.com/watch?v=da4LhzHMQoA

Páginas de interés

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http://grafeno.comhttp://grafeno.com/crean-la-bateria-de-grafeno-que-dura-mas-de-una-semana-y-se-carga-en-15-minutos/http://www.bbc.co.uk/mundo/noticias/2011/11/111107_tecnologia_celulares_transparentes_mr.shtmlhttp://alt1040.com/2011/09/grafeno-electronica-2024Nanotechweb.orghttp://ciencianet.com.ar/222/el-grafeno-continua-sorprendiendohttp://www.neoteo.com/grafeno-el-material-de-dioshttp://youtu.be/zrQz1CQO8yohttp://www.iesfuentenueva.net/proyecto/index.php?option=com_content&view=article&id=1440:el-grafeno-y-su-uso-en-la-informatica&catid=57:general&Itemid=82http://youtu.be/u_WWL6ckU80http://angstronmaterials.com/in-the-news/new-high-quality-graphene-oxide-product/http://the-bunker.foroactivo.net/t546-pantalla-de-grafeno-no-comenthttp://www.theinquirer.es/2011/09/05/samsung-investiga-con-grafeno-en-las-memorias-flash.htmlhttp://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/12759352/Con-el-grafeno-se-podrian-crear-celulas-solares-perfectas.htmlhttp://uipoo.org/2011/grafeno-2http://recursostic.educacion.es/observatorio/web/cajon-de-sastre/38-cajon-de-sastre/965-grafeno-iel-inminente-impacto-sobre-nuestra-vida-cotidianahttp://www.gestiondecolor.com/blog/i/33661/128/las-tintas-conductoras-basadas-en-grafeno-estan-revolucionado-el-mercado-de-la-electronica-impresa