domingo, 18 de octubre de 2015

¿Que es el Grafeno?

El grafeno es un alótropo del carbono, una estructura hexagonal plana (como un panal de abeja) formada por átomos de carbono y enlaces covalentes que se forman a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados. Entre las propiedades más sobresalientes se encuentran que es transparente, flexible, extraordinariamente resistente, impermeable, abundante, económico y conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido, el grafeno tiene muchas propiedades que no se habían encontrado antes en ningún otro material, en la actualidad el Grafeno tiene interesados tanto a científicos como a la industria debido a sus fantásticas propiedades. Aunque se le conoce desde hace casi 1OO años y se ha intentado sintetizar a lo largo de este tiempo, no fue sino hasta que fue aislado y caracterizado en 2004, que saltó a la fama en 2010, sus re-descubridores son los investigadores de origen ruso Andre Geim (Sochi, 1958) y Konstantin Novoselov (Nizhny Tagil, 1974) quienes recibieron el Premio Nobel de Física. En palabras de Andre Geim, las aplicaciones potenciales del grafeno son tantas que ni siquiera somos capaces de enumerarlas. Este versátil material permitirá fabricar desde dispositivos electrónicos con pantallas flexibles y transparentes y baterías ultrarrápidas a potentes paneles solares, sin olvidar aplicaciones en aeronáutica, medicina y otros sectores en la actualidad. Además, supone una base excelente para crear nuevos compuestos y materiales a medida, en función de las necesidades específicas.
El estudio de las propiedades del grafeno mantiene ocupados a una gran cantidad de científicos en todo el mundo, entre los que destacan las aportaciones de investigadores en Corea del sur, Inglaterra, Mexico, La comunidad Europea, Estados Unidos y muchos otros mas. Todos hablan de este material aunque pocos lo han visto. Y es que pese a sus prometedoras aplicaciones, todavía se encuentra en fase de desarrollo. El grafeno es una lámina delgada compuesta de carbono (sólo tiene un átomo de grosor). Para conseguir grafeno se puede partir del grafito natural o del grafito sintético, pero esto hablando de sintesis por exfoliacion mecanica. hay otros metodos de sintesis tales como sintesis quimicas: CVD (la que yo uso en el laboratorio), exfoliacion quimica, y otros metodos que luego iremos revisando.
Sin embargo, el principal obstáculo en la actualidad es que aún no es posible fabricar grafeno a gran escala, Aunque ya hay varias compañias que se dedican solo a la sintesis como la empresa española Graphenea Nanomaterials, Avanzare y GranphNanotech son otras dos empresas españolas que trabajan con este material. Tambien existen compañias Coreanas, En varios puntos de Europa, Japon y otros paises que buscan a manera de carrera maratonica, hacerse con el metodo de produccion en masa de este material.
Grafeno en lámina
Es el grafeno de alta pureza y el que reúne las mejores propiedades. Se emplea para fabricar electrodos de baterías, pantallas táctiles, células solares, electrónica digital y analógica de alta frecuencia o compuestos avanzados para aeronáutica. Para producirlo no se utiliza grafito, sino gas metano, que se transforma mediante Chemical Vapor Deposition, CVD
Baterías mucho más duraderas
Se está trabajando mucho en almacenamiento de energía. En ultracondensadores (para automóviles, trenes eléctricos y para mejorar el rendimiento de las líneas de distribución eléctrica) y en baterías. Se ha demostrado que con electrodos de grafeno se consiguen baterías diez veces más duraderas. De hecho, este material podría solucionar uno de las grandes desventajas de los teléfonos inteligentes, cuyas baterías apenas duran un día. Los prototipos de baterías fabricadas con electrodos de grafeno son diez veces más duraderas que las que llevan los teléfonos que se venden en el mercado y se cargan en mucho menos tiempo (aproximadamente media hora). El grafeno también podrá usarse en televisores OLED (Organic LED), que estarán fabricados con materiales orgánicos y más sostenibles con el medio ambiente: “Ahora se utiliza como material tierras raras, como el indio, que tienen un impacto ambiental muy grande. Además su precio se ha multiplicado por diez”. La industria busca un sustituto más económico y sostenible, por lo que el grafeno se perfila como una de las alternativas.
Grafeno en polvo
El grafeno en polvo se utiliza en aplicaciones que requieren un material más barato, como compuesto para construcción. Lo más frecuente es mezclarlo con otros materiales. “El proceso de producción de grafeno en forma de polvo básicamente parte del grafito como materia prima y consiste en realizar una oxidación violenta y un proceso de exfoliación química para separar las pequeñas láminas de grafeno que componen el grafito.
Sus propiedades no son tan buenas como el grafeno en lámina y conduce peor la electricidad. La demanda de este producto, cuyo precio depende de su pureza, sigue siendo pequeña. El de baja calidad cuesta menos de 10 euros el gramo mientras que el de alta calidad ronda los 100 euros.
Los científicos estudian también las posibles aplicaciones en medicina. Por ejemplo, para fabricar biosensores y detectar ADN. También se especula con la posibilidad de producir implantes neuronales y regenerar tejidos nerviosos dañados aunque estos avances médicos lleguen a lograrse, tardarían años en aplicarse. El grafeno podría usarse también en biodispositivos, en envoltorios bactericidas de medicinas y alimentos y como parte de materiales compuestos más ligeros y resistentes (para aviones, coches, etc.).


Grafeno artificial
Pese a sus extraordinarias cualidades, el grafeno no es perfecto. Sin embargo, sí parece una base muy adecuada para desarrollar nuevos materiales inspirados en él y que incorporen nuevas ventajas.
Un nuevo material ha sido fabricado colocando y moviendo moléculas de óxido de carbono sobre una superficie de cobre, pero se pueden usar otros metales”. De momento, el artificial es más costoso de producir que el otro grafeno.
Inspirador de otros materiales



Entre los otros materiales bidimensionales que ha inspirado el grafeno destaca el fluorografeno (análogo bidimensional del teflón, con propiedades lubricantes y aislantes extraordinarias), el nitruro de boro hexagonal (aislante cristalino y transparente, de gran dureza, que combinado con el grafeno mejora sus propiedades electromecánicas), el disulfuro de molibdeno (otro cristal bidimensional con prometedoras propiedades para la construcción de una nueva clase de transistores) o el siliceno (versión del grafeno hecho de silicio. Tiene algunas propiedades en común con el grafeno, y como ventaja se podría integrar fácilmente con la electrónica actual basada en el silicio).

jueves, 15 de octubre de 2015

Quieres que un físico hable en tu funeral.


.“Quieres que le hable a tu familia que sufre, acerca de la conservación de la energía, para que puedan entender que tu energía no ha muerto. Quieres que el físico le recuerde a tu madre devastada, acerca de la primera ley de la Termodinámica: Que no hay una energía que se cree en el universo, ni tampoco una que se destruya. Quieres que tu madre sepa que toda tu energía, cada vibración, cada  unidad de calor y onda energética de cada partícula de su hijo amado se mantiene con ella en este mundo.



Quieres que el físico le cuente a tu padre, que dentro de la energía del cosmos, fuiste lo mejor que podías ser.

Y en algún momento te gustaría, que el físico bajara del púlpito y se acercara a tu esposa y le dijera que todos los fotones que alguna vez salieron de tu cara en una danza, todas las partículas cuyos caminos fueron interrumpidos por tu sonrisa, por el tacto de tu pelo, ciento de trillones de partículas, se han disparado como niños, sus formas cambiadas para siempre por ti.

Y mientras tu viuda se consuela en los brazos de algún ser amado, ojalá que el físico pueda recordarle que esos fotones que salieron de tu cara, fueron recogidos en el detector de partículas que son sus ojos, y que esos fotones creados en constelaciones de neuronas cargadas electromagnéticamente, seguirán ahí para siempre. 

Y el físico recordará a la gente ahí reunida, cuánto de toda nuestra energía  se transmite en calor. Y les dirá que ese calor que salió de ti en vida, sigue estando allí, sigue siendo parte de todo lo que somos, incluso en los que estamos sufriendo tu partida, para seguir después, en el calor de nuestras propias vidas.

Y vas a querer que el físico le explique a los que te quisieron que todo esto no es cuestión de fe, sino algo que se puede medir. Que los científicos han podido medir con precisión la conservación de energía y comprobaron que es  precisa, consistente y verificable, a través del espacio y del tiempo.

Entonces desearás que tu familia examine la evidencia y quede satisfecha con esto que ha probado la ciencia, para quedar reconfortada en la certeza de que tu energía todavía está aquí.

De acuerdo a la ley de la conservación de la energía, nada de ti se ha ido.

Es simplemente es que estás de manera menos ordenada. . .."

-Aaron Freeman.

martes, 7 de octubre de 2014

Memoria de grafeno puede revolucionar la informática

El concepto de memristor fue propuesto por primera vez en 1971, pero fue hace apenas dos años cuando Hewlett-Packard construyó el primer dispositivo útil y funcional capaz de almacenar datos, basado en esta promisoria tecnología. HP planea comercializar la tecnología en tres años con un diseño que se compone (explicado de manera elemental) de dos conjuntos de cables paralelos dispuestos perpendicularmente entre sí, con una capa de dióxido de titanio intercalado entre ellos. Cada intersección de cables que forma una cruz es un memristor. Ahora, investigadores surcoreanos han anunciado que han logrado construir una memoria no-volátil basada en memristores utilizando, en lugar del dióxido de titanio, delgadas películas de óxido de grafeno. Estas memorias se consideran ideales para la electrónica portátil del futuro.

HP anunció la venta de sus memristores a partir de 2013
Los memristores son la promesa de hacer realidad la elaboración de un nuevo tipo de memoria. Estos dispositivos pueden brindar un soporte de almacenamiento de información más denso, barato y de bajo consumo energético. Además, permiten ser construidos con películas de óxido de metal fino. La fabricación de dispositivos basados en óxido de grafeno permite abaratar costos y obtener métodos de fabricación más sencillos. Uno de estos sería la posibilidad de imprimir, en este caso las memorias, en láminas de plástico que puedan ser almacenadas en rollos y utilizadas en etiquetas RFID, por mencionar un ejemplo sencillo.
“Creemos que el óxido de grafeno puede ser el elemento apropiado para el desarrollo de las memorias de próxima generación”, afirma Choi Sung-Yool, quien dirige la investigación de estos dispositivos flexibles en el Instituto de Investigación de Electrónica y Telecomunicaciones en Daejeon, Corea del Sur. Choi y sus colegas han publicado los avances de sus trabajos en la revista Nano Letters.
En palabras sencillas, el memristor cambia su resistencia dependiendo de la dirección y la cantidad de tensión aplicada. Y cada una de las “resistencias” que lo componen posee un efecto de “memoria” cuando la tensión de alimentación es retirada. Durante la construcción se depositan diminutos alambres de aluminio de 50 micrómetros de ancho sobre una hoja de 6,5 centímetros cuadrados de plástico y luego se pasa al proceso de colocar una solución en suspensión de partículas de óxido de grafeno sobre la superficie. Esto forma una fina capa de óxido en forma de escamas superpuestas sobre las que los investigadores depositan una matriz superior de alambre de aluminio. Este método permite obtener bloques de 25 memristores, cada 50 micras de ancho.


 
El grafeno es el material de la electrónica del futuro
Por ahora, los dispositivos de óxido de grafeno son 1.000 veces superiores en tamaño respecto a los memristores de HP, pero su concepción no está destinada a una utilización como memoria ultra-densa. Las palabras claves a comprender en este método de fabricación son: baratas y flexibles. Choi y sus colegas creen que los dispositivos pueden alternar su funcionamiento entre dos estados resistivos, gracias a que los filamentos conductores se forman cuando se realiza la transferencia de oxígeno entre el óxido de grafeno y los electrodos de aluminio. Al aplicar en forma inversa el voltaje de polarización, los filamentos se rompen, obteniéndose el cambio de estado (On – Off).
Por su parte, la vida útil de este tipo de sistemas basados en óxido de grafeno está prevista en unos 100 mil ciclos de “cambios de estado”, es decir, un rendimiento similar a una típica memoria flash, aunque se espera que estas cifras puedan elevarse a 1 millón de ciclos.
Hasta el momento, el equipo de investigación ha ensayado la capacidad de los memristores para almacenar un estado definido durante un período de 27 horas, aunque los primeros dispositivos construidos en septiembre pasado todavía conservan el mismo estado de almacenamiento de información. Además, los dispositivos no han demostrado degradación luego de ser sometidos a más de mil ensayos de flexión. De este modo, los nuevos memristores basados en óxido de grafeno demuestran que son capaces de ofrecer características excelentes para el desarrollo de memorias no volátiles. “Ahora el desafío pasa al plano de la miniaturización, y sobre eso sabemos que sólo es cuestión de tiempo”, agregaron los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).
El concepto de memristor fue propuesto por primera vez en 1971, pero fue hace apenas dos años cuando Hewlett-Packard construyó el primer dispositivo útil y funcional capaz de almacenar datos, basado en esta promisoria tecnología. HP planea comercializar la tecnología en tres años con un diseño que se compone (explicado de manera elemental) de dos conjuntos de cables paralelos dispuestos perpendicularmente entre sí, con una capa de dióxido de titanio intercalado entre ellos. Cada intersección de cables que forma una cruz es un memristor. Ahora, investigadores surcoreanos han anunciado que han logrado construir una memoria no-volátil basada en memristores utilizando, en lugar del dióxido de titanio, delgadas películas de óxido de grafeno. Estas memorias se consideran ideales para la electrónica portátil del futuro.


HP LABS
HP anunció la venta de sus memristores a partir de 2013Los memristores son la promesa de hacer realidad la elaboración de un nuevo tipo de memoria. Estos dispositivos pueden brindar un soporte de almacenamiento de información más denso, barato y de bajo consumo energético. Además, permiten ser construidos con películas de óxido de metal fino. La fabricación de dispositivos basados en óxido de grafeno permite abaratar costos y obtener métodos de fabricación más sencillos. Uno de estos sería la posibilidad de imprimir, en este caso las memorias, en láminas de plástico que puedan ser almacenadas en rollos y utilizadas en etiquetas RFID, por mencionar un ejemplo sencillo.”Creemos que el óxido de grafeno puede ser el elemento apropiado para el desarrollo de las memorias de próxima generación”, afirma Choi Sung-Yool, quien dirige la investigación de estos dispositivos flexibles en el Instituto de Investigación de Electrónica y Telecomunicaciones en Daejeon, Corea del Sur. Choi y sus colegas han publicado los avances de sus trabajos en la revista Nano Letters.
En palabras sencillas, el memristor cambia su resistencia dependiendo de la dirección y la cantidad de tensión aplicada. Y cada una de las “resistencias” que lo componen posee un efecto de “memoria” cuando la tensión de alimentación es retirada. Durante la construcción se depositan diminutos alambres de aluminio de 50 micrómetros de ancho sobre una hoja de 6,5 centímetros cuadrados de plástico y luego se pasa al proceso de colocar una solución en suspensión de partículas de óxido de grafeno sobre la superficie. Esto forma una fina capa de óxido en forma de escamas superpuestas sobre las que los investigadores depositan una matriz superior de alambre de aluminio. Este método permite obtener bloques de 25 memristores, cada 50 micras de ancho.1.000 veces más grandes

Pantallas tactiles con base en el grafeno

El científico del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) Francisco Guinea, que ha estado trabajando en los últimos años con los premiados con el Nobel de Física en 2010, Andre Geim y Konstantin Novoselov, ha explicado que “en un futuro próximo, el grafeno abaratará el uso de pantallas y dispositivos táctiles, como los teléfonos móviles”, por eso, considera este premio como uno “de los más trascendentes de los últimos años”. Según ha señalado a Europa Press, el equipo lleva trabajando con este material, que definió como “nuevo y exótico”, desde el año 2004, “cuando se sintetizó”, y, desde entonces, se ha demostrado que se “puede utilizar para múltiples aplicaciones” y que, además, “al ser de carbono es muy abundante”, ha apuntado. En este sentido, ha señalado que, aparte de las pantallas táctiles, hay también prototipos de circuitos electrónicos de alta frecuencia, para la transmisión de datos a alta velocidad para los que se puede utilizar grafeno.
 
Guinea ha destacado que en este proyecto han participado grupos en del CSIC en Madrid y Barcelona, en la Universidad Autónoma de Madrid, y a menor escala, en Salamanca, Alicante, y San Sebastián. En cuanto a la posibilidad de un premio Nobel español en un futuro, ha señalado que “es difícil, porque cada vez hay más competencia”, pero no lo ha descartado. El científico del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) Francisco Guinea, que ha estado trabajando en los últimos años con los premiados con el Nobel de Física en 2010, Andre Geim y Konstantin Novoselov, ha explicado que “en un futuro próximo, el grafeno abaratará el uso de pantallas y dispositivos táctiles, como los teléfonos móviles”, por eso, considera este premio como uno “de los más trascendentes de los últimos años”. 
 
Según ha señalado a Europa Press, el equipo lleva trabajando con este material, que definió como “nuevo y exótico”, desde el año 2004, “cuando se sintetizó”, y, desde entonces, se ha demostrado que se “puede utilizar para múltiples aplicaciones” y que, además, “al ser de carbono es muy abundante”, ha apuntado. En este sentido, ha señalado que, aparte de las pantallas táctiles, hay también prototipos de circuitos electrónicos de alta frecuencia, para la transmisión de datos a alta velocidad para los que se puede utilizar grafeno. Guinea ha destacado que en este proyecto han participado grupos en del CSIC en Madrid y Barcelona, en la Universidad Autónoma de Madrid, y a menor escala, en Salamanca, Alicante, y San Sebastián. En cuanto a la posibilidad de un premio Nobel español en un futuro, ha señalado que “es difícil, porque cada vez hay más competencia”, pero no lo ha descartado.

Los estudios del Venezolano Miguel Octavio abrieron el camino al desarrollo del grafeno

Miguel Octavio es un físico Venezolano formado en Harvard, donde obtuvo su Ph.D., en 1977. Reconocido investigador del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC) recibió el Premio Lorenzo Mendoza Fleury de la Fundación Empresas Polar en su primera convocatoria en 1982. Sus áreas de investigación fueron la física de bajas temperaturas, superconductividad, efecto Josephson y películas delgadas, con mas de  80 artículos en revistas especializadas. Actualmente se desempeña como Director Ejecutivo de BBO Servicios Financieros y escribe el premiado blog The Devil’s Excrement. También@moctavio en un tuitero muy activo.

En sus experimentos sobre dispositivos superconductores y los eventos en una barrera metal normal/superconductor, Miguel Octavio desarrolló en los 80s, antes del grafeno, un modelo basado en un fenomeno que se llama Reflexión de Andreev. Como es conocido, los desarrolladores del grafeno, Andre GeimKonstantin Novoselov, obtuvieron el Premio Nobel de Física 2010.

Los experimentos de Octavio permiten comprender la conductividad del grafeno, lo cual ha generado una explosión de citas a sus publicaciones científicas en los últimos años. Muchos artículos hablan del Modelo OTBK, donde la “O” es por nuestro admirado venezolano.

El artículo principal es: M. Octavio, M. Tinkham, G. E. Blonder, T. M. KlapwijkPhys. Rev. B 27, 6739 1983. Miguel lo escribió un año después al Premio Polar, estando en un semi-sábatico en Harvard. 


Propiedades del Grafeno

El grafeno es un material completamente nuevo, no sólo es el material más delgado jamás obtenido sino también el más fuerte. El Grafeno conduce la electricidad tan bien como el cobre y como conductor de calor “supera a todos los materiales conocidos”, señaló la Academia. Además, es casi completamente transparente y es tan denso, que ni siquiera el helio, el átomo de gas más pequeño, lo puede atravesar.
Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen:
  • Alta conductividad térmica y eléctrica.
  • Semiconductor.
  • Alta elasticidad y dureza.
  • Resistencia (el material más resistente del mundo).
  • El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo.
  • Soporta la radiación ionizante.
  • Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.
  • Menor efecto Joule, se calienta menos al conducir los electrones.
  • Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.
El holandés nacido en Rusia Andre Geim y el ruso-británico Konstantin Novoselov, ambos profesores de la Universidad de Manchester, en el Reino Unido, “demostraron que el carbono en esa forma plana tiene propiedades excepcionales”, indicó la Real Academia Sueca de Ciencias en Estocolmo.
Las sorpresas del carbono

“La estructura electrónica del grafeno es única y maravillosa. Es 100 veces más fuerte que el acero”, dijo Per Delsing, experto miembro del Comité Nobel. “El carbono, la base de toda la vida sobre la Tierra, nos sorprendió de nuevo”, indicó el jurado Nobel.
Todavía no hay aplicaciones prácticas de este material, pero los expertos creen que se podría usar en pantallas sensibles al tacto, para fabricar computadoras más rápidas o en celdas solares.
Geim, de 51 años, y Novoselov, de 36, extrajeron grafeno de un trozo de grafito, como el que se encuentra en los lápices, indicó la Academia Nobel, que señaló el revuelo que causó el artículo publicado por los investigadores en la revista “Science” en octubre de 2004. Un milímetro de grafito contiene tres millones de capas de grafeno.
Grandes expectativas

“Aún no conocemos todas las aplicaciones posibles del grafeno”, dijo Geim en una comunicación telefónica organizada por la Academia Nobel. “Espero que pueda cambiar nuestras vidas como lo hizo el plástico”.
Lars Bergstrom, secretario del Comité Nobel, dijo en declaraciones a la radio sueca que es posible que el material pueda ser usado en celdas solares y en aplicaciones electrónicas.
Geim dijo que no tiene previsto dejar su trabajo científico. “Algunos ganadores del Premio Nobel dejan de trabajar tras recibir el galardón. Otros piensan que lo obtuvieron por accidente. Yo no pertenezco a ninguna de estas dos categorías. Voy a continuar (mis investigaciones). Estoy muy orgulloso del Premio Nobel“, indicó el especialista nacido en la ciudad rusa de Sochi.
Geim y Novoselov compartirán por partes iguales el premio de diez millones de coronas suecas (1.48 millones de dólares/1.08 millones de euros). La ceremonia de entrega de los galardones se realizará el 10 de diciembre, aniversario de muerte de Alfred Nobel, el creador de estos premios.

Investigadores desarrollan la primera pantalla táctil de grafeno





El uso del grafeno en el mundo de la electrónica no sólo se limita a la fabricación de los procesadores de próxima generación, sino que también podría ser utilizado en un futuro cercano en la fabricación de pantallas táctiles con una vida útil casi ilimitada, a un bajo costo y bastante flexibles.
Lo anterior es el resultado de sendas investigaciones realizadas en paralelo en la Universidad de Texas (Estados Unidos) y en la Universidad de Corea del Sur, en las que han logrado fabricar láminas rectangulares de grafeno con la capacidad de conducir electrones y de ser totalmente transparentes.
En el caso de las investigaciones realizadas en Estados Unidos se logró fabricar una lámina cuya diagonal mide 76 centímetros y que, gracias a las propiedades conductivas del grafeno, puede ser utilizada como pantalla táctil. Por su parte los investigadores de Corea del Sur han logrado fabricar láminas de mayor dimensión que sus pares de Texas, con la finalidad de que sean utilizadas como reemplazo de las actuales pantallas. El objetivo principal de estos investigadores busca encontrar un material menos contaminante que los que, en la actualidad, se utilizan en la fabricación de las pantallas.
Claro que para demostrar que el grafeno puede ser utilizado como materia prima para la fabricación de pantallas, los investigadores deben demostrar que las hojas fabricadas con este material tienen una excelente calidad, dejando de lado los problemas de fracturas o discontinuidades que en la actualidad afectan su rendimiento.

 Fuentes:
 http://www.fayerwayer.com/2010/06/investigadores-desarrollan-la-primera-pantalla-tactil-de-grafeno/
http://www.newscientist.com/article/dn19068-touchscreen-made-from-biggest-graphene-sheet.html
http://www.rdmag.com/Nws/2010/06/Materials-Nanotechnology-First-graphene-touchscreen/