EL GRAFENO

El grafeno es una estructura laminar plana, de un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panal de abeja mediante enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición de los híbridos sp² de los carbonos enlazados.

La hibridación sp2 es la que mejor explica los ángulos de enlace, a 120º, de la estructura hexagonal. Como cada uno de los carbonos tiene cuatro electrones de valencia en el estado hibridado, tres de esos electrones se alojarán en los híbridos sp2, formando el esqueleto de enlaces covalentes simples de la estructura y el electrón sobrante, se alojará en un orbital atómico de tipo p perpendicular al plano de los híbridos. El solapamiento lateral de dichos orbitales es lo que daría lugar a la formación de orbitales de tipo π. Algunas de estas combinaciones, entre otras, darían lugar a un gigantesco orbital molecular deslocalizado entre todos los átomos de carbono que constituyen la capa de grafeno.

El nombre proviene de GRAFITO + ENO. En realidad, la estructura del grafito puede considerarse como una pila de un gran número de láminas de grafeno superpuestas. Los enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas se debe a fuerzas de Van der Waals e interacciones entre los orbitales π de los átomos de carbono. Estructura cristalina del grafito en la que se observan las interacciones entre las distintas capas de anillos aromáticos condensados. En el grafeno, la longitud de los enlaces carbono-carbono es de aproximadamente 1,42 Å. Es el componente estructural básico de todos los demás elementos grafíticos incluyendo el grafito, los nanotubos de carbono y los fulerenos. Esta estructura también se puede considerar como una molécula aromática extremadamente extensa en las dos direcciones del espacio, es decir, sería el caso límite de una familia de moléculas planas de hidrocarburos aromáticos policíclicos llamada grafenos.

Descripción

El grafeno perfecto se constituye exclusivamente de celdas hexagonales; las celdas pentagonales o heptagonales son defectos. Ante la presencia de una celda pentagonal aislada, el plano se arruga en forma cónica; la presencia de 12 pentágonos crearía un fulereno. De la misma forma, la inserción de un heptágono le daría forma de silla. Los nanotubos de carbono de pared única son cilindros de grafeno. El compendio tecnológico de la IUPAC establece: "anteriormente, se han utilizado para el término grafeno descripciones como capas de grafito, capas de carbono u hojas de carbono... no es correcto utilizar para una sola capa un término que incluya el término grafito, que implica una estructura tridimensional. El término grafeno debe ser usado sólo cuando se trata de las reacciones, las relaciones estructurales u otras propiedades de capas individuales". En este sentido, el grafeno ha sido definido como un hidrocarburo aromático policíclico infinitamente alternante de anillos de sólo seis átomos de carbono. La molécula más grande de este tipo se constituye de 222 átomos; 10 anillos de benceno.

Propiedades

Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen:

Alta conductividad térmica y eléctrica.

Alta elasticidad y dureza.

Resistencia (200 veces mayor que la del acero).

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.

Aplicación en electrónica

El grafeno tiene propiedades ideales para ser utilizado como componente en circuitos integrados. El grafeno tiene una alta movilidad de portadores, así como un bajo nivel de ruido, lo que permite que sea utilizado como canal en transistores de efecto de campo (FET). La dificultad de utilizar grafeno estriba en la producción del mismo material, en el substrato adecuado. Los investigadores están buscando métodos como la transferencia de hojas de grafeno desde el grafito (exfoliación) o el crecimiento epitaxial (como la grafitización térmica de la superficie del carburo de silicio - SiC). En diciembre de 2008, IBM anunció que habían fabricado y caracterizado transistores operando a frecuencias de varios GHz. En febrero del 2010, la misma IBM anunció que la velocidad de estos nuevos transistores alcanzaba los 100 GHz. Las publicaciones especializadas bullen con artículos que presentan a esta estructura de carbono como la Panacea universal en la tecnología y el reemplazo de dispositivos de Silicio por Grafeno, pero no toda la comunidad científica comparte este optimismo por el Grafeno. El célebre físico holandés Walt De Heer afirma que "el grafeno nunca reemplazará al silicio". "Nadie que conozca el mundillo puede decir esto seriamente. Simplemente, hará algunas cosas que el silicio no puede hacer. Es como con los barcos y los aviones. Los aviones nunca reemplazaron a los barcos.

Conclusión

El carbono no solo es el elemento primordial de la tabla periódica, es simplemente el elemento culpable de que exista la vida en la tierra. Solo este hecho lo convierte en un elemento asombroso, aun así es de suma importancia que se conozcan las muchas otras contribuciones que puede darle a los seres humanos. Dependiendo de la forma en cómo se distribuyan sus átomos y estructuras, se obtienen resultados extraordinarios, si se expone a temperaturas muy altas, se consiguen diamantes, así mismo si los átomos se unen en laminas planas, con forma hexagonal y se sobreponen paneles encima unos de otros,  se obtiene el grafito, material contenido en los lápices.

La juventud del descubrimiento del grafeno es impactante, hace apenas 5 años se publicaron los primeros descubrimientos por parte de un grupo estadounidense y otro ruso. En el año 2005, Philip Kim, miembro de la Universidad de Columbia, junto con un grupo de holandeses, exploró algunas de las propiedades electrónicas del grafeno. Por otra parte, de forma más reciente se ha publicado en la revista Nature Material, un estudio muy valioso en el cual se explican cómo se obtiene el grafeno de forma más práctica, además de describir sus aplicaciones, las cuales son muy diversas.