Grafeno: Hojas de Nanopartículas de Carbono

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Por Earl Boysen, Nancy C. Muir, Desiree Dudley, Christine Peterson

Cuando el carbono forma hojas cuando se une a otros tres átomos de carbono, se les llama grafeno. Los investigadores en nanotecnología sólo recientemente (2004) han tenido éxito en la producción de hojas de grafeno para fines de investigación.

El grafito común es el material de la mina del lápiz, y está compuesto de hojas de grafito apiladas juntas. Las láminas de grafeno en grafito tienen un espacio entre cada lámina y las láminas se mantienen unidas por la fuerza electrostática llamada unión van der Waals.

Las láminas de grafito unidas por la unión de van der Waals forman grafito.

Las láminas de grafeno están compuestas de átomos de carbono unidos en formas hexagonales con cada átomo de carbono unido covalentemente a otros tres átomos de carbono. Cada hoja de grafeno tiene un solo átomo de espesor, y cada hoja de grafeno se considera una sola molécula. El grafeno tiene la misma estructura de átomos de carbono unidos en formas hexagonales para formar nanotubos de carbono, pero el grafeno es plano en lugar de cilíndrico.

Una hoja de grafeno.

Debido a la fuerza de los enlaces covalentes entre los átomos de carbono, el grafeno tiene una resistencia a la tracción muy alta. (Básicamente, la tensión se relaciona con cuánto se puede estirar algo antes de que se rompa.)

Además, el grafeno, a diferencia de un buckyball o nanotubo, no tiene interior porque es plano. Las buckyballs y los nanotubos, en los que cada átomo está en la superficie, sólo pueden interactuar con las moléculas que los rodean. Para el grafeno, cada átomo está en la superficie y es accesible desde ambos lados, por lo que hay más interacción con las moléculas circundantes.

Finalmente, en el grafeno, los átomos de carbono se enlazan con sólo otros tres átomos, aunque tienen la capacidad de enlazar con un cuarto átomo. Esta capacidad, combinada con la gran resistencia a la tracción y la alta relación superficie/volumen, la hacen muy útil en materiales compuestos.

Los investigadores han reportado que mezclar grafeno en un epoxi resultó en la misma cantidad de resistencia incrementada para el material que se encontró cuando se usó diez veces el peso de los nanotubos de carbono.

Una propiedad eléctrica clave del grafeno es su movilidad de electrones (la velocidad a la que los electrones se mueven dentro de él cuando se aplica un voltaje). La movilidad de los electrones del grafeno es más rápida que cualquier material conocido y los investigadores están desarrollando métodos para construir transistores sobre grafeno que serían mucho más rápidos que los transistores actualmente construidos sobre obleas de silicio.

Otra aplicación interesante que se está desarrollando para el grafeno aprovecha el hecho de que la hoja es tan gruesa como un átomo de carbono. Los investigadores han descubierto que pueden utilizar nanoporos para analizar rápidamente la estructura del ADN.

Cuando una molécula de ADN pasa a través de un nanoporo al que se le aplica un voltaje, los investigadores pueden determinar la estructura del ADN mediante cambios en la corriente eléctrica. Debido a que el grafeno es tan delgado, la estructura de una molécula de ADN aparece a una resolución más alta cuando pasa a través de un nanoporo cortado en una lámina de grafeno.

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